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1、 课 程 设 计设计题目 冷凝器的设计姓名学号 专业班级 指导教师 2011年1月20日化工原理课程设计任务书专业 班级 姓名 设计题目：列管式换热器设计设计时间:指导老师：设计任务:年处理 吨正戊烷的正戊烷冷凝器1.设备型式 立式列管式换热器2.操作条件（1）正戊烷：冷凝温度51，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器；（2）冷却介质：井水，进口温度32，出口温度40（3）允许压强降，不大于（4）每年按330天计算，每天24小时连续运行；(5)设备最大承受压力，p=2.5Mpa设计报告：1. 设计说明书一份2. 主体设备总装图（1#图纸）一张，带控制点工艺流程图（3#图纸）一张目录摘要11前言32 列
2、管式换热器设计方案42.1 列管式换热器类型的选择52.1.1 固定管板式换热器52.1.2 浮头式换热器52.1.3 U形管换热器52.1.4 滑动管板式换热器52.2 流体流动通道的选择62.3换热器结构的计算62.3.1热负荷Q：62.3.2平均温度差72.3.3估算面积72.3.4 管子初选82.3.5对流传热系数82.3.6污垢热阻112.3.7 总传热系数和计算所需面积112.3.8壁温的计算112.4压强降计算122.4.1管程压强降：122.4.2 壳程压强降132.5列管式换热器其他结构设计142.5.1管程结构142.5.2壳程结构142.5.3其他重要附件152.6 换热
3、器材质的选择152.6.1 碳钢162.6.2 不锈钢163列管式换热器的具体计算173.1试算并初选换热器规格173.1.1确定流体流动通道173.1.2流体定性温度、物性以及列管式换热器形式选择173.1.3 热负荷Q的计算173.1.4 计算平均温差173.1.5 初选换热器规格183.2核算总传热系数183.2.1 计算管程的对流传热系数193.2.2计算壳程对流传热系数193.2.3 确定污垢热阻193.2.4 核算总传热系数193.2.5 核算壁温203.3计算压强降203.4结构尺寸的确定203.4.1筒体内径203.4.2 换热器壁厚设计与液压试验213.4.3 封头223.4
4、.4 管板243.4.5 容器法兰243.4.6 接管尺寸243.4.7 接管法兰253.4.8 管箱长度263.4.9 折流板263.4.10 拉杆与定距管263.4.11 分程隔板与缓冲板263.4.12 总重量计算263.5离心泵和风机的选取29附录一30附录二：本书符号说明314设计总结33参考文献3434摘要摘要：列管式换热器在化工、石油等行业中广泛应用。根据本次设计任务，正戊烷流动温度为51.7，水的进、出口量温度为32、40.计算一个年处理量为吨的正戊烷冷凝器。通过计算，得到所需管程数为4，传热管长为4.5米，壳体直径为0.5米,传热面积为33.09平方米的的换热器。由此进行换热
5、器的选择,并确定传热过程的流体流速等参数,传热面积为36.6平方米的的换热器。经过进一步核算，换热器压降，面积裕度，管壁温度均符合设计要求，。然后通过查阅资料合理计算确定封头、管箱、拉杆、定距管等结构尺寸和选取符合要求的辅助设备（主要是离心泵）。最后画出符合工程语言的设备总装图和带控制点的工艺流程图。关键词：列管式 固定管板式换热器 设计计算Abstract：Tube type heat exchanger is widely used in chemical industry, petrochemical industry and so on. According to this desig
6、n work, the inlet temperature of running pentane is 51.7 degrees.The temperature of exit water is 40 degrees and the enter temperature is 32 degrees. The event is an annual capacity of 2.5ton silane of condenser. After calculating，the number of tube is four, the length of the exchanging tube is 4.5
7、meters, and the diameter of the shell is 0.5 meters. Finally the exchanger is choossed，whose number of the tube is 120, and the exchanging area is 33.09 centaur. There out make the choice of heat exchangers and then confirm the speed or the other parameters of the liquid. And the exchanging area is
8、36.6 centaur. The area and the temperature all suit to the assignment request. Based on this chosen heater exchanger, then design proper nozzles, flange, tie rod, channel, tubesheet, spacer and so on. The final result includes a craftwork-flow-chart, a facility fitting draw, and a instruction.Key wo
9、rd：Tubular Tubular heat exchangers design calculation.1前言在化工和石油化工厂中，传热既是最重要也是应用最多的过程。工厂运转是否经济常常取决于热或冷的利用和回收的效率。供气、供电和供冷等公用工程在生产过程中的应用，关键在于使热的转化和回收效率最高。换热器是在具有不同温度的两种和两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产中，换热器的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药，航空及其他许多工业部门广泛使用的通用设备。在化工
10、厂中，换热器的投资约占总投资的10%20%；在炼油厂中，该项的投资约占总投资的35%40%。换热器的种类很多，有多种多样的结构每种结构形式的换热器都有其自身的结构特征及其相应的工作特性。在对换热器的选型时，有诸多因素需要考虑，主要包括流体的性质、压力、温度、压降及其可调范围；对清洗、维修的要求；材料价格及制造成本；动力消耗费；现场安装和检修的方便程度；使用寿命和可靠性等。对于所选择的换热器，应尽量满足以下要求：具有较高的传热效率，较低的压力降；重量轻且能承受操作压力；有可靠的使用寿命；产品质量高，操作安全可靠；所使用的材料与过程流体相容；设计计算方便，制造简单，安装容易，易于维护和维修。在换热
11、器中，应用最多的是管壳式（列管式）换热器，它是工业过程热量传递中应用最广泛的一种换热器。虽然列管式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面积的金属消耗量方面无法与板式或板翅式等紧凑式换热器相比，但列管式换热器适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来，人们已在其设计和加工制造方面积累了许多的经验。本次课程设计是根据生产任务要求确定选用换热器的传热面积，管子规格和排列方式，管程数和管壳数以及折流挡板，进而确定换热器的其他尺寸或选择换热器的型号。2 列管式换热器设计方案设计流程确定隔板间距并估计壳层传热系数技术要求定义目标如果需要计算未指定的流速或温度需要做能
12、量平衡 计算含垢因子在内的总传热系数收集物理性质%假设总传热系数K设确定壳、管程数计校正因子 是估计管侧和壳层压降确定传热面积A=Q/K压降在规定范围内？ 否确定类型、管径，材料清单为壳管分配流体估计换热器成本计算管数能否优化降低成本计算壳径 是估计管侧传热系数设计成功2.1 列管式换热器类型的选择 根据列管式换热器的结构特点，常将其分为固定管板式、浮头式、U形管式填料函式、滑动管板式、双管板式、薄管板式等类型。2.1.1 固定管板式换热器(代号G)优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵塞或更换；缺点：管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和
13、管束中将产生较大的热应力这种换热器适用于壳层介质清洁且不易结垢、并能进行清洗、管程与壳程两侧温差不大或者温差较大但壳层压力不高的场合。2.1.2 浮头式换热器(代号P)优点：管内和管间易于清洗，不会产生热应力；缺点：结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求高。这种换热器适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。2.1.3 U形管换热器(代号Y)优点：只有一块管板，管束由多根U形管束组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形换热器有温差时，不会产生热应力。缺点：由于受到管曲率半径的限制，其换热管排布较
14、少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死，而且损坏一根U形管相当于坏两根管，报废率极高。适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗、又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。2.1.4 滑动管板式换热器优点：结构简单，造价低廉，必要时可在管箱增设隔板，强化传热。缺点：填料泄漏时可导致管程和壳程的流体相混，故严禁用于两种流体不相容的场合。2.2 流体流动通道的选择不清洁或易结垢的流体，宜走容易清洗的一侧。对于直管管束，宜走管程，便于清洗；对于U型管管束，宜走壳程。腐蚀性流体宜走管程，以免壳体和管束同时被腐蚀。压力高的流体走管程，以免制造较厚的壳体。为增大对流传热系数，需要提高流速的流体的宜走管程，因管程流通截面积一般比壳程的小，且做成多管程也教容易。两
