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1、化工原理课程设计说明书题目： 13970.880 吨/年乙苯冷却列管式换热器的设计目录摘要 - 4 -第一节设计任务书- 4 -一、设计题目 - 4-二、设计原始数据 - 4-（1）管程- 4-（2）壳程 - 5-三、设计要求 - 5-（1）工艺设计 - 5-（2）结构设计 - 5-（3）绘制列管式换热器的装配图及编写课程设计说明书- 5-四、设计时间 - 5-第二节课程设计概述 - 5 -一、设计目的 - 5-二、该设备的作用及在生产中的应用 - 6-三、工艺流程示意图 - 6-四、列管式换热器的特点 - 6-1、应用特点- 6-2、设备的结构特点 - 6-五、设计方案的确定 - 7-第三节
2、 换热过程工艺计算 - 10 -一、工艺计算及主要设备设计 - 10-1. 选择换热器的类型- 10-2. 管程安排 - 10-二、确定物性数据 - 10-三、传热面积的初定 - 11-1、传热系数的计算 - 11-2、平均温度的计算- 11-3、总传热系数的初选 - 11-四、换热器主要尺寸的确定 - 12-1、换热管的类型、尺寸及材料的确定 - 12-2、管心距的确定- 12-3、管子在管板上按三角形的排列管数- 12-4、管根数和流速的确定- 13-5、壳体的内径- 13-6、折流板数的确定- 13-7、校核传热系数 - 14-8、换热器内压降的校核 - 16-第四节 换热设备的结构设计
3、- 17 -一、壳体 - 17-二、管板的材质及管板的结构 - 17-三、管子在管板上的固定： - 17-1、胀接法- 17-2、焊接法- 18-四、封头 - 18-五、封头或管箱的法兰与垫片 - 19-六、接管计算 - 19-第五节 课程设计技术说明及汇总- 20 -第六节 设计过程的评价和有关问题的讨论- 21 -参考文献- 21 -致谢- 22 - 摘要 本次课程设计以换热器为主，让我们了解了换热器的结构，分类，作用以及如 何正确的选择合适的换热器。换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备， 又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备， 在生产中占有重
4、要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸 发器和再沸器等，应用更加广泛。根据所给的设计任务书，本次设计选的是固定管 板式换热器。固定管板式换热器具有节约资源，设计简单，应用广泛等特点。在选 择合适的换热器进行工艺、结构等的设计之后，我们还进行了图纸说明，将我们所 设计的固定管板式换热器进一步具体的展示。关键词：换热器；列管式换热设备；固定管板式换热器The curriculum design is given priority to with heat exchanger, let us understand the structure of the heat exchang
5、er, classification, function and how to correctly select the appropriate heat exchanger. Heat exchanger, it is part of the thermal fluid heat transfer to cold fluid equipment, also called heat exchanger. Heat exchanger is chemical, oil, power, food and other general equipment, many industrial depart
6、ment occupies an important position in the production. Heat exchanger in chemical industry production can be used as a heater, cooler, condenser, evaporator and reboiler, application more widely. According to the design specification, given the design is optional fixed tube plate heat exchanger. Fix
7、ed tube plate heat exchanger with saving resource, simple design, wide application, etc. In the process, select the appropriate heat exchanger structure design, we also has carried on the drawings, which we should further concrete display design of fixed tube plate heat exchanger.Key words: heat exc
8、hanger; Shell and tube type heat transfer equipment; Fixed tube plate heat exchanger第一节 设计任务书一、设计题目：13970.880 吨/年乙苯冷却列管式换热器的设计。二、设计原始数据1）管程出口温度45C乙苯流量1764kg/h进口温度136 C（2）壳程水流量1540.95kg/h 进口温度为30C,出口温度为50C压力为 0.5Mpa三、设计要求：（1）工艺设计：确定设备的主要工艺尺寸,如：管径、管长、管子数目、管程数目等,计算K0。2）结构设计：确定管板、壳体、封头的结构和尺寸； 确定连接方式、管板的
9、列管的排列方 式、管法兰、接管法兰、接管等组件的结构。（3）绘制列管式换热器的装配图及编写课程设计说明书。四、设计时间：2015年6月8日2015年6月19日设计学生：赵刚 指导教师：刘荣杰第二节 课程设计概述一、设计目的课程设计是化工原理课程教学中综合性和实际性较强的教学环节,是理论联系实际的桥梁,是使我们体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过课程设计使我们能综合运用本课程和前修课程的基本知识,进行融会贯通的独立思考,在规定的时 间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工设计的主要程序和方法，进而提高我 们分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以培养我们树立正 确的设计思想，培
10、养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。二、该设备的作用及在生产中的应用换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的 费用约占总费用的10%20%,在炼油厂约占总费用35%40%。换热器在其他部 门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此， 设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的 作用。三、工艺流程示意图换热水从换热器壳程下方进入,从换热器上方排出,乙苯从换热器左侧的入口四、列管式换热器的特点1、应用特点 列管换热器的特点是壳体和管板直接焊接,结构简单、紧凑。在同样的壳体直径内,排管较多。管式换热器具有易于
11、制造、成本较低、处理能力达、换热表面清 洗比较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于调温调压场合等优点, 由于两管板之间有管子相互持撑,管板得到加强,故在各种列管换热器中他的管板 最薄,其造价比较低,因此得到了广泛应用。2、设备的结构特点 列管式换热器的结构特点是管束以焊接或胀接在两块管板上,管板分别焊接在 外壳的两端并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体上装有流体进出口接管。与其他形式 的换热器相比，结构简单，制造成本较低。管内不易积累污垢，即使产生了污垢也 便于清洗，但无法对管子的外表面进行检查和机械清洗，因而不适宜处理脏的或有 腐蚀性的介质。由于管子和管板与壳体的连接都是刚性的，当管子和
12、壳体的壁温或 材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体和管子中将产生很大的温差应力，以至管子 扭弯或从管板上松脱，甚至损坏整个换热器。当管子和壳体的壁温差大于50C时，应在壳体上设置温差补偿一一膨胀节，依 靠膨胀节的弹性变形可以减少温差应力，膨胀节的形式较多，常见的有U形、平板 形和Q形等几种。由于U形膨胀节的挠性与强度都比较好，所以使用得最为普遍。 当要求较大的补偿量时，宜采用多波形膨胀节。当管子和壳体的壁温差大于 60C 和壳程压强超过 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。五、设计方案的确定1. 对于列管式换热器，首先根据换热流体的腐蚀性或其它特性
13、选项定其结构材 料，然后再根据所选项材料的加工性能，流体的压强和温度、换热的温度差、 换 热器的热负荷、安装检修和维护清洗的要求以及经济合理性等因素来选项定其型 式。设计所选用的列管换热器的类型为固定管板式。列管换热器是较典型的换热设 备，在工业中应用已有悠久历史，具有易制造、成本低、处理能力大、换热表面情 况较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于调温调压场合等优点，故 在大型换热器中占优势。 2.对于换热器内流体通入空间的选择：在列管式换热器 中，哪一种流体走管程，哪一种走壳程，一般可从下列几个方面考虑。（1）不洁净或易结垢的流体走易于清洗的一侧；对于固定管板式换热器， 一 般走管
14、程；U形管换热器，一般走壳程。（2）粘性大的或流量小的流体，宜走壳程，因流体在有折流板的壳程流动时 在较低的雷诺数（ReVlOO）下，即可达到湍流，有利于提高传热系数。（3）有腐蚀性流体应走管程，这样，只有管子、管板和管箱需要使用耐腐蚀 的材料，而壳体及管外空间的其他零件都可以使用比较便宜的（4）压力高的流体走管程，因为管子直径小，承受压力的能力好，还避免了采用高压壳体和高压密封。（5）有毒的流体走管程，减少泄漏的机会。（6）饱和蒸汽一般走壳程，便于冷凝液的排出，而且蒸汽较清洁，无清洗要介质循环水一般液体易结垢液体气体求。被冷却的流体走壳程，便于散热。对于固定管板式换热器，若两流体的温差较大，
15、对流传热系数较大者宜走管程， 这样可以降低管壁与壳壁的温差。减少热应力。以上原则，在实际中不可能同时兼顾，对具体情况仔细分析，抓住主要方面。 例如首先从流体的压力、腐蚀性以及清洗等方面考虑，然后再对压力降和传热系数 等方面要求进行校核，以便作出较恰当的选择。3. 对于流速的选择:换热器内流体的流速大小,应有经济衡算来决定.增大器内流 体的流速,可增强对流传热,减少污垢在换热管表面上沉积的可能性,即降低了污垢 的热阻,使总传热系数增大,从而减少换热器的传热面积和设备的投资经费,但是流 速增大,又使流体阻力增大,动力消耗也就增多,从而致使操作费用增加,若流速过大, 还会使换热器产生震动,影响寿命,因此选取合适的流速是十分重要的。（见表 1，表液体黏度/mPa.s15001500500500100100353511最大流速m/s0.60.751.11.51.82.42）表1 管壳式换热器中不同黏度液体的常用
