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1、毕 业 设 计设计题目： 列管式煤油换热器设计 设 计 人： 专业班级： 学 号： 指导老师： 二 年 月 日设计任务书（一）设计条件：1煤油：入口温度：150，出口温度：50；2冷却介质，循环水(P为0.3MPa，进口温度15，出口温度40）3允许压强降：不超过1.5*105Pa4每年按330天计；每天24h连续运转5处理能力：100000t/年煤油6设备型式：列管式换热器（二）设计内容及要求1根据换热任务和相关要求确定设计方案2. 初步确定换热器的结构和尺寸3. 核算换热器的传热面积和流体阻力4确定换热器的工艺结构，绘制总装图5. 完成设计说明书1份（不少于8000字），设计思路明确，层次
2、分明，内容详尽严谨求实，书写规范（三）参考书目1谭天恩化工原理(第二版)下册北京：化学工业出版社，19982柴诚敬,刘国维化工原理课程设计天津：天津科学技术出版社，19943贾绍义,柴敬诚化工原理课程设计天津：天津大学出版社，20024 夏清，姚玉英,陈常贵,等. 化工原理M. 天津：天津大学出版社，20015 华南理工大学化工原理教研组. 化工过程及设备设计M. 广州：华南理工大学出版社，19966 刁玉玮,王立业. 化工设备机械基础（第五版）M. 大连：大连理工大学出版社, 20007 大连理工大学化工原理教研室化工原理课程设计M. 大连：大连理工大学出版社，19968 魏崇光，郑晓梅.
3、化工工程制图M. 北京：化学工业出版社,19989 娄爱娟,吴志泉. 化工设计M.上海：华东理工大学出版社，200210 华东理工大学机械制图教研组. 化工制图M. 北京：高等教育出版社，199311 王静康. 化工设计M. 北京：化学工业出版，199812 傅启民. 化工设计M. 合肥：中国科学技术大学出版社，200013 董大勤. 化工设备机械设计基础M. 北京：化学工业出版社,1999（四）进度计划（时间自己确定）1、查找资料，初步确定设计方案和设计内容2、根据设计要求进行设计，确定设计说明书初稿3、撰写设计说明书4、绘制总装图 摘 要 在生产中的许多行业中广泛使用各类换热器，是众多行业
4、的通用型设备，对实践生产非常重要。无论在哪种类型的设备中，必需要有两种或者以上的温度不同的物料，其中一种传出热量的高温物料，降低自身的温度；另一种流体则温度相对较低，需要吸收热量，升高温度。 本设计的目的是设计年处理能力为10万吨煤油的列管式换热器，达到结构合理、安全可靠、成本低，传热效率高、流体阻力小、制造、安装、检修方便、节省物力和财力的效果。关键词 列管式换热器，煤油，CAD电脑辅助设计目 录1绪论11.1 换热器概述11.2 换热器种类11.3 换热器流动空间的选择原则22. 换热器设计32.1 设计方案的选定32.2 确定物料的物性数据32.3 计算换热器的总传热系数42.4 传热面
5、积初值的计算52.5 管侧的传热系数52.6 管内给热系数62.7 传热核算62.8 换热器壳侧压强降72.9 换热器管侧压强降82.10 换热裕度92.11 壳程接管计算92.12 管程接管计算92.13 壳体和封头的设计102.13.1 壁厚的确定102.13.2封头的选取122.14 管板与换热管142.14.1管板142.14.2换热管152.15 壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接192.15.1 壳体与管板的连接结构192.15.2 管板与法兰的连接202.15.3 管子与管板的连接212.16 折流板或支持板222.16.1 折流板型式222.16.2 折流板尺寸222.16.
6、3 折流板的布置232.16.4支持板242.16.5 折流板质量计算242.17 膨胀节242.17.1 膨胀节252.17.2 膨胀节计算25致 谢29附 录301绪论1.1 换热器概述 换热器指的是把高温物料的一部分热量通过换热器件传递给低温物料的一种热传递专业生产设备。 在生产的许多行业中广泛使用各类换热器，是众多行业的通用型设备，对实践生产非常重要。无论在哪种类型的设备中，必需要有两种或者以上的温度不同的物料，其中一种传出热量的高温物料，降低自身的温度；另一种流体则温度相对较低，需要吸收热量，升高温度。随着我国和谐发展、绿色发展理念的提出，社会生产中对能源利用的要求变得越来越高，因此
7、社会生产中需要更高效能的专业换热设备。目前，对于换热器的结构设计、性能改进以及工作机理等方面的研究成为热门领域。同时，一些新颖的、效能高的换热器也相继投入生产。1.2 换热器种类 换热器重点应用在那些消耗能源比较多的生产领域中。随着人们设计水平的提高，生产中出现了各色的专业换热设备。可以满足不同的换热介质、不同的生产温度、不同的生产压力、不同的工作状况的换热器，其内部结构样式也有很多不同。间壁式、流体连接间接式、蓄热式、混合式换热器；以及冷却器、预热器、过热器、加热器、蒸发器等各种类型是目前换热器主要的一些设计形式。列管式换热器是这些形式中应用比较广泛、实际利用性最好的一种。 列管式换热器主要
8、是由换热壳体、封头、折流挡板、换热管板、换热管等器件组成。管程指的是进行热交换的物料在换热管内流动的行程；而壳程则指的是进行热交换的另一种物料在换热管的外侧流动的行程。列管式换热器是生产中非常典型的间壁式换热器，因此它的别称是管壳式换热器。以列管式换热器温差的补偿构造来分类，可以被分出以下类型：浮头式、固定式换热器、U管式等等。优点：换热器设备多提供的单位体积比传热面积较大，设备结构坚固实用，结构材料可选择的范围较大，操作省时省力，在许多的大型生产装置中被广泛采用。1.3 换热器流动空间的选择原则1.3.1 总体换热原则：传热面对侧的传热系数尽量靠近，不要差距太大。管、壳程流体的选择要利于设备
9、的清洗和设备的维修。降低设备器件由于受热不均而产生不利的热效应。有毒性的传热媒介，必需做到严格密封。尽量不要使用价钱较贵的金属材料，降低生产成本，节约支出。1.3.2 选择管程的流体：相对清洁度较低的流体 在管字内部的流速较高情况下，悬浮物很难沉积，管字内空间也可以比较方便的清洗。体积较小的物料 为了可以更好的控制物料，能够得到特定的流动速度，一般管子内面比外面的流动截面要小，对设计成成程性流动也有益处。压力较大的流体 换热器的换热管耐压力比较强，可以降低换热器壳体对密封性的要求。有腐蚀性的流体 把管子和管箱做成耐腐蚀的材料器件，把其他所有器件都使用普通材料生产，设备的总体造价较低。2. 换热
10、器设计在理论知识及专业设计内容的学习后，进行下面的列管式换热器设计。2.1 设计方案的选定1. 选择换热器的类型. 列管式换热器内两种操作物料（煤油和水）温度的转化：煤油的进口处温度达到150C，其出口处的温度则为50C；冷流体物料自来水的进口处的温度是15C，而其出口处则为40C。综合考虑清洗、操作、维修等各类因素，确定设计为固定管板式的列管式换热器。2. 选定流动空间及流速 考虑到冷却水易结污垢，为了方便清洗、维护设备，设计管程内走水，壳程内通煤油。于此时，在换热器壳程内流动的高温煤油可以和空气进行有效的热传递，这在本质上加大了换热器装置本身的热交换强度，提供仪器设备的利用效率。换热设备选
11、用252.5 mm规格的10号碳钢管。2.2 确定物料的物性数据物料的定性温度以热交换装置内流动物料在设备进口以及出口处的温度的平均值来表示。物料煤油在壳程中的定性温度是：T1=150C，T2=50C，t1=15C，t2=40CT=(150+50)/2=100(C)流体物料循环冷却水在换热器中的定性温度：t=(15+40)/2=27.5(C)已知管程和壳程内水和煤油的物性数据为：煤油在温度100C下的相关物性数据是:导热系数 o=0.145 W/(mk)粘度 o=7.05104 Ns/m2密度 o=790 kg/m3 定压比热容 Co=2.24 kJ/（kgk）水在温度27.5C的相关物性数据
12、为:导热系数 i =0.632 W/(mk)粘度 i =7.19104 Ns/m2密度 i =990 kg/m3 定压比热容 C i =4.189 kJ/（kgk）2.3 计算换热器的总传热系数1.热流量 m0=10104103/(33024)=12626.26(kg/h) Q0= m0Coto=12626.262.22(15050) =2.8106 kJ/h=778.62(kw)2.平均传热温差 =(t1t2 )/ ln(t1/t2) =(15050) (4015) / ln(15050) / (4015) =54(C)其中t1=T1t2，t2=T2t1。3. 水用量 Wi =Q0/(C i
13、ti)=2.8106/4.174(4015)=67154.6kg/h=7.46kg/s平均温差=4 =0.259选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程，查图可得=0.83。=540.83=44C管子规格，L=3m。换热管管束的排列：采用正三角形。一壳程四管程的三角形管束排列方式为。2.4 传热面积初值的计算总传热系数选取为K=500W/(m2.C)=35.5m2单个管子面积 =0.1874m2换热管个数 =188换热管中心距离 =1.2525=31.35mm，取t=32mm换热管束的直径 =408mm中心单行管束 =132.5 管侧的传热系数估算壳体的壁温Tw 预设冷凝给热系数是100W/(m2K)。换热器壳程的平均温度：T=(150+50)/2=100(C)换热器管程的平均温度：t=(15+40)/2=27.5(
