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1、 化工原理课程设计化工过程设备设计（一）说明书 设计题目：换 热 器 的 设 计 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 设计日期：2015年7月15日 设计单位：青海大学化工学院化学工程系目 录前言.4任务书.5目的与要求.6工艺流程.7一、工艺设计方案.81.1 选择换热器.81.1.1换热器.81.1.2换热器的要求.81.1.3确定换热器的类型.81.2流动空间的确定.81.2.1流体流径的选择原则.81.2.2换热管的选择.9二、确定物性数据.9三、估算传热面积.93.1传热量.93.2平均传热温差.93.3传热面积.103.4冷却水用量.10四、工艺结构尺寸.104.1
2、管径和管内流速.104.2管程数和传热管数.104.3平均传热温差校正及壳程数.104.4传热管排列方法.114.5壳体内径.114.6折流板.114.7其他附件.114.8接管.12五、换热器核算.125.1总传热系数核算.125.1.1壳程对流传热系数.125.1.2管程对流传热系数.135.1.3污垢热阻和管壁热阻.135.1.4总传热系数K0.145.1.5换热器的面积裕度.145.2壁温核算.145.3压力降核算.155.3.1管程压力降.155.3.2壳程压力降.16六、设计结果概要一览表.17七、设计总结.18八、参考文献.19九、附录.22十、主要符号说明.23前 言在油化工生
3、产过程中，常常需要将各种油产品（如汽油、煤油、柴油等）进行冷却，本设计以某炼油厂冷却油产品为例，让学生熟悉列管式换热器的设计过程。其目的是通过对油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。 列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器，它主要由壳
4、体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连接管处进入，在管流动，从封头另一侧的出口管流出，这称之管程；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称之为壳程列管式换热器。为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于6070和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。设计者： 2015年 月 日化工原理课程设计任务书一、设
5、计题目：设计一台换热器二、操作条件： 1. 煤油：入口温度140，出口温度 40 ；2.冷却介质：循环水，入口温度 30 ，出口温度 34 ；3.允许压强降：不大于1105Pa；4.每年按330天计，每天24小时连续运行。三、设备形式： 管壳式换热器四、处理能力： 19.8 104吨/年煤油五、设计要求：1.选定管壳式换热器的种类和工艺流程；2. 管壳式换热器的工艺计算和主要工艺尺寸的设计；3.设计结果概要或设计结果一览表；4.设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）；5.对本设计的评述及有关问题的讨论。目的与要求一、 课程的目的与任务化工原理课程设计以“化工原理课程教学基本要求”为依据，通过
6、课程设计达到以下目的：1、使学生掌握化工设计的基本程序与方法；2、结合设计课题培养学生查阅有关技术资料及物性参数的能力；3、通过查阅技术资料，选用设计计算公式，搜集数据，分析工艺参数与结构尺寸间的相互影响，增强学生分析问题、解决问题的能力；4、对学生进行化工工程设计的基本训练，使学生了解一般化工工程设计的基本内容与要求；5、通过设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求；二、课程的基本要求1、 设计题目必须是以某一单元操作为主，完成一个完整的化工过程设计，能按化工原理课程基本要求中有关课程设计的基本要求规定，对学生进行一次较为完整的化工设计基本训练。2、 生产规模，工艺操作条
7、件、设备、物性等都要以实际生产条件为背景，使学生在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全运行所需要的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施设计时间符合课程设计教学大纲之规定。3、 化工原理课程设计考核要求：（1）设计说明书完成的情况：按照课程设计教学大纲规定及设计任务要求，做到设计内容完整，设计合理，计算正确，叙述层次分明，条理清楚。（2）图面质量：工艺流程图正确，主要设备总装图结构基本合理，图面清晰，基本符合规范化要求。( 3 )在工艺计算中要考虑到各个方面的问题，比如热阻，管壁的阻
8、力以及长期下来可能遇到遇到的问题，管壁所能承受最大压力，流体的物性和化学性质。工艺设计方案确定设计方案确定流动空间选择换热器的类型确定物性数据估算传热面积平均传热温差传热面积热流量冷却水用量不符合15%-25%计算值大于操作压力确定换热器基本尺寸计算值与假设值相差很大传热面积裕度总传热系数核算壳程、管程压降核算换热器核算工艺结构尺寸工艺流程图 一、工艺设计方案1.1选择换热器1.1.1换热器 换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备。由于工工艺流程不同，生产中往往进行着加热、冷却、蒸发或冷凝等过程。通过换热器热量从温度高的流体传递给温度较低的流体，本工艺设计是利用冷却水给煤油降温
9、，制成换热器，以满足工艺需求。1.1.2选择换热器的要求 选择换热器时，要遵循经济，传热效果好，方便清洗，符合实际需要等原则。不同的换热器适用于不同的场合。换热器的选择涉及因素很多，如热流体的腐蚀性及其他特性，操作温度与压力，换热器的热负荷，管程与壳程的温差不大于70，检修与清洗要求等。列管式换热器应用广泛、结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大等。尤其在高压高温和大型装置中使用更为普遍。 管壳式换热器中，由于两流体的温度不同，管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温度差较大时（50以上），就可能由于热应力而引起设备变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热
10、膨胀的影响。1.1.3确定换热器的类型两流体温度变化情况：热流体煤油进口温度为140，出口温度40，冷流体冷却水进口温度30，出口温度34。两流体温度差Tm-tm=5850，操作压强不大于1105Pa该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，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，因此初步确定选用浮头式换热器。1.2流动空间的确定: 1.2.1流体流径的选择原则（1）不洁净或易结垢的流体宜在管程，因为管内清洗方便；（2）腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；（3）流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜；（4）若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。1.2.2换热管的选择选用较小直径的管子，可以提高流体的对流给热系数，并使单位体积设备中的传热面积增大，设备较紧凑，单位传热面积的金属耗量少，但制造麻烦，小管
