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1、银川能源学院 化工原理课程设计成绩银川能源学院化工原理课程设计说明书 题目： 26136吨/年乙苯冷却列管式换热器的设计 院 系 石油化工学院 专业班级 能源化工（本）1402 学生姓名 王辉 学 号 1410140041 指导教师 刘荣杰 设计时间 2016.12.5-2016.12.16化学工程教研室制目录 第一章设计任务书- 1 -一、 设计题目- 1 -二、 设计原始数据- 1 -三、设计内容- 2 -四、设计时间- 2 -第二章、课程设计概述- 2 -一、设计目的- 2 -二、换热器设备的在生产中作用及应用- 2 -三、工艺流程示意图- 2 -四 列管式换热器的特点- 3 -1、应用
2、特点- 3 -2、设备的结构特点- 3 -五、设计方案的确定- 4 -第三章、换热过程工艺计算- 7 -一、工艺计算及主要设备设计- 7 -1.选择换热器的类型- 7 -2.管程安排- 7 -二、确定物性数据- 7 -三、计算总传热系数- 8 -四、工艺结构尺寸- 9 -1.选管子规格- 9 -2.总管数和管程数- 9 -3.传热管排列和分程方法- 9 -4.壳体内径- 10 -5.折流板- 10 -6.接管- 10 -五、换热器核算- 10 -1.热流量核算- 10 -2.换热器内流体的压力降- 13 -第五章、主要零部件- 15 -1.封头- 15 -2.支座- 15 -3.垫片- 15
3、-4.管板- 15 -第六章、设计评述与体会- 16 -致 谢- 16 -参考文献- 17 -摘要换动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。设计所选用的列管换热器的类型为固定管板式。它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点,列管式换热器主要由壳体、管束、折流板、管板和封头等部件组成。它的主要优点是单位体积所具有的传热面积大、结构紧凑、传热效果好。结构坚固，而且可以选用的结构材料范围广，故适应性强、操热器是化工、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
4、作弹性较大。关键词：换热器；固定管板式AbstractHeat exchanger is widely used in chemical industry, oil refining industry typical process equipment.In the chemical plant, the cost of the heat exchanger accounted for about 10% 20% of the total cost, accounts for about 35% 40% of the total cost in the refinery.Heat exchan
5、ger in other departments, such as power, nuclear power, metallurgy, food, transportation, environmental protection, household appliances, etc. Also has a wide application.Design to choose the type of shell and tube heat exchanger for the fixed tube plate.It has simple structure, strong and durable,
6、low cost convenient material widely, cleaning, and the advantages of strong adaptability, shell and tube heat exchanger is mainly composed of shell and tube bundle, baffle, tube sheet and seal the top parts.Its main advantage is that have large heat transfer area per unit volume, compact structure,
7、good effect of heat transfer.Solid structure, and can choose thestructure of the material is wide, strong adaptability and large elasticity of operation.Keywords: heat exchanger; Fixed tube-sheet第一章设计任务书一、 设计题目：处理量 26136吨/年乙苯冷却列管式换热器的设计二、 设计原始数据1.处理能力：3300Kg/h乙苯冷却2. 设备型式: 列管式换热器3.操作条件（1）乙苯：进口温度为136,
8、出口温度为60（2）冷却介质：循环水，进口温度为30，出口温度50（3）允许压强降：不大于Pa（4）每年按330天计,每天24小时连续运行三、设计内容：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；确定链接方式、管板的列管的排列方式、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：2016年12月05日-2016年12月16日设计学生：王辉 指导教师：刘荣杰第二章、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
9、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，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。二、换热器设备的在生产中作用及应用换热器是化工、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
10、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、工艺流程示意图乙苯从换热器壳程下方进入，从换热器上方排出；冷却水从换热器左侧的入口进入，从右侧出口排出。（见图1）图1四 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
11、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50时，应在壳体上设置温差补偿膨胀节，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，常见的有形、平板形和形等几种。由于形
12、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60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
13、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。固定管板式列管换热器的特点是，壳体与管板直接焊接，结构简单紧凑，在同样的壳体直径内排管最多。由于两管板之间有管板的相互支撑，管板得到加强，故各种列管换热器中它的管板最薄，造价最低且易清洗。缺点是，管外清洗困难，管壁与壳壁之间温差大于50时，需在壳体上设置膨胀节，依靠膨胀节的弹性变形以降低温差压力，使用范围仅限于管、壳壁的温差不大于70和壳程流体压强小于600kpa的场合，否则因膨胀节过厚，难以伸缩而失去温差补偿作用。（见图2）图2固定管板式换热器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
14、，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（Re100）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
15、洗要求。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，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2）表1管壳式换热器中不同黏度液体的常用流速液体黏度/MPa.s15001500500
