化工原理课程设计---列管式换热器设计.doc

化工原理课程设计 列管式换热器设计 系 别 ： 专业（班级）： 作者（学号）： 指导教师： 完成日期： 目录 一、化工原理课程设计任务书 3 1、设计题目 3 2、设计任务与操作条件 3 3、具体要求 3 二、设计原则 3 1、满足工艺和操作要求 3 2、满足经济上的要求 4 3、保证安全生产 4 三、设计方案简介 4 四、工艺计算及主体设备设计计算及选型 4 1、选择换热器的类型 4 2、管程安排 5 3、确定物性数据 5 4、计算总传热系数 5 5、计算传热面积 6 6、工艺结构尺寸的计算 6 7、换热器核算 8 五、换热器的结构设计 11 1、管束及管壳分程 11 2、传热管 12 3、管子布置 12 4、管板 13 5、管子与管板的连接 13 6、管板与壳体的连接 13 7、折流板 13 8、管子在管板上的固定方法 14 9、主要附件 14 10、材料选用 14 六、换热器主要结构尺寸和计算结果一览表 15 七、总结与感想 16 八、参考文献 16 九、附图 16 一、化工原理课程设计任务书 1、设计题目 列管式换热器设计 2、设计任务与操作条件 在生产过程中需将3000kg/h的某种油（在90℃时，密度为825kg/m3；定压比容为2.22kJ/kg·℃；导热系数为0.140W/m·℃；粘度为0.000715Pa·s；污垢热阻为0.000172m2·℃/W）从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa，冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为35℃，出口温度为45℃。设计一列管式换热器满足上述生产需要。 3、具体要求 本设计要求完成以下设计及计算： 1、换热器工艺设计及计算：包括物料衡算、能量衡算、工艺参数选定及其计算； 2、换热器结构设计：包括换热设备的主要结构设计及其尺寸的确定等； 3、绘制换热器装配图：包括设备的各类尺寸、技术特性表等，用1号图纸绘制； 4、编写设计说明书：作为整个设计工作的书面总结，说明书应简练、整洁、文字准确。内容应包括：封面、目录、设计任务书、概述或引言、设计方案的说明和论证、设计计算与说明、对设计中有关问题的分析讨论、设计结果汇总（主要设备尺寸、各物料量和状态、能耗、主要操作参数以及附属设备的规格、型号等）、参考文献目录、总结及感想等。 二、设计原则 1、满足工艺和操作要求 设计出来的流程和设备首先要保证质量，操作稳定，这就必须配置必要的阀门和计量仪表等，并自确定方案时，考虑到各种流体的流量，温度和压强变化使采取什么措施来调节，而在设备发生故障时，加修应方便。 在确定某些操作指标和治标和选定设备型式以及仪表配置时,要有经济核算的观点,既能满足工艺和操作要求,又使施工简便,材料来源容易,造价低廉。如果有废热可以利用,要尽量节省热能,充分利用,或者采取适当的措施达到降低成本的目的 3、保证安全生产 在工艺流程和操作中若有爆炸、燃烧、中毒、烫伤等危险性,就要考虑必要的安全措施。又如设备的材料强度的演算,除按规定应有一定的安全系数外,还应考虑防止由于设备中压力突然升高或者造成真空而需要装置安全阀等。以上提到的都是为了保证安全生产所需要的。设计方案也可能一次定不好,后来需要修改,但各物料流通路线和操作指标的改动都对后面的计算有影响,所以最好第一次确立就考虑周到些 三、设计方案简介 本设计任务是利用冷流体（水）给油降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器. 列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。 四、工艺计算及主体设备设计计算及选型 1、选择换热器的类型 两流体的温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃。冷流体（循环水）进口温度为35℃，出口温度为45℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口压力会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大。因此，初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。 2、管程安排 由于油的粘度比水的粘度大，且水的操作压力大于油的操作压力，考虑水走管程，油走壳程。由于循环冷却水交易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器热流量下降，又被冷却的流体宜走壳程，便于散热。所以，总体考虑，应使循环水走管程，油走壳程。 3、确定物性数据 对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度平均值。 油的定性温度：Th==90℃ 水的定性温度：Tc==40℃ 查表知定性温度下的物性：油：?密度ρ＝kg/m3 定压比热容?p0＝kJ/kg℃