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1、化工原理课程设计煤油冷却器的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集 体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名： 日 期：指导教师签名：日 期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕
2、业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分 或全部内容。作者签名： 日 期：摘要本设计的任务就是完成一满足生产要求的列管式换热器的设计和选型。本设计的核心是计算换热器的传热面积，进而确定换热器的其他尺寸或选择 换热器的型号。由总传热速率方程可知，要计算换热面积，得确定总传热系数和 平均温差。由于总传热系数与换热器的类型、尺寸、流体流到等诸多因素有关， 而平均温差与两流体的流向、辅助物料终温的选择有关，因此管壳式换热器 设计和选型需考虑许多问题。通过多次核算和比较，设计结果如下
3、：带膨胀节的 固定管板式换热器，选用25X2.5的碳钢管，换热面积为131.4 m2,且为双管 程单壳程结构，传热管排列采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板 两侧采用正方形排列。管数为300，管长为6m,管间距为32mm，折流板形式 采用上下结构，其间距为150mm，切口高度为25%，壳体内径为700mm，该换 热器可满足生产需求。AbstractThe task of this design is to complete a meet the production requirements of shell and tube heat exchanger design and ty
4、pe selection. The total heat transfer rate equation shows that to calculate heat transfer area, you must determine the total heat transfer coefficient and the mean temperature difference. Through the repeated calculation and comparison, design results are as follows. Fixed tube plate heat exchanger
5、with expansion joint, Select phi 25 25carbon steel pipe, heat transfer area of 131.4 square meters, And for the tube side shell side of the single structure, the pipe arrangement method, namely each way are sorted by regular triangle, diaphragm use square is arranged on both sides. Pipe number is 30
6、0, the length is 6 meters, tube spacing is 32 mm, baffle plate form adopts up and down structure, the spacing is 150 mm, incision height was 25%, the shell inside diameter is 700 mm, the heat exchanger can meet the production requirements.目录前言 4第1 章 文献综述51.1 换热器分类 71.2 列管式换热器的类型 81.3 列管式换热器的结构 91.3.
7、1 管程结构 91.3.2 壳程结构 10第2 章 设计方案确定142.1设计任务及操作条件 152.1.1 设计方案的确定 172.2 设计步骤 172.2.1 非系列标准换热器的一般步骤 17第3章 设计计算 183.1 确定设计方案 183.2 确定物性数据 183.3 计算总传热系数 183.4 计算传热面积 233.5 工艺结构和尺寸 233.6 换热器核算 25第4 章 设计全部参数30设计小结31参考文献32附表 33附录 34热交换器，简称换热器，是在不同温度的流体间，进行传递热能的装置。 换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等各领域应用十分广泛，在日常生活中 传热设备也随处可
8、见，是不可缺少的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世 界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机及在节约能源上研 究新途径。在研究投入大、人力资源配备足的情况下，一批具有代表性的高效换 热器和强化传热原件诞生了。这对提高能量的利用效率有着很大的促进作用，对 社会效益非常显著，从另一方面大大缓解了能源的紧张状况。在化工厂的建设中，换热器通常约占总投资的 11%；在现代石油炼厂中，换 热器约占全部工艺设备投资的 40%左右。近年来随着节能技术的发展，应用领域 不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。目前， 在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。列管式换热器
9、的应用已具有很悠久的历史。现在，它被当作一种传统的标准 换热器设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所 使用的换热器中，列管式换热器仍处于主导地位。同时板式换热器也已成为高效、 紧凑的换热设备，大量地应用于工业中。本文主要是对列管式换热器的设计和运 用进行介绍。设计任务书设计任务及操作条件（1） 处理能力 19.8 104t/a 煤油（2）设备形式 列管式换热器（3）操作条件 煤油：入口温度140C，出口温度40C。 冷却介质：循环水，入口温度30C，出口温度40Co 允许压降：不大于 105Pa。 煤油定性温度下的物性数据：密度：pc=825kg/m3黏度：|ic =
10、 0.000715Pa s定压比热容：Cpc = 2.22kJ/(kg .C)热导系数：入c = 0.14W/(m .C) 每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行(4) 建厂地址 天津地区设计要求： 选择适宜的列管式换热器并进行核算。第1章 设计综述1.1 换热器分类 换热器是许多工业部门的通用设备。根据不同的目的不同，换热器可以是 热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。根据冷、热流体热量交换的方 式，换热器可以分为以下三大类：直接接触式换热器 这类换热器的主要工作原理是两种介质接触而相互 传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热。这类换热器的介质通常是一种 是气体，另一种为液
11、体，主要是以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质， 故很难区分与塔器的关系，通常归口味塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接 接触式换热器。蓄热式换热器 蓄热式换热器主要由对外充分隔热的蓄热室构成，室内 装由热容量大的固定填充物。热流体通过蓄热室时将冷的填充物加热，当冷流体 通过时则将热量带走。热、冷流体交替通过蓄热室，利用固体填充物来积蓄或放 出热量而达到热交换的目的。蓄热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量 的利用或冷却。其缺点是设备体积较大，过程是不定常的交替操作，且不能完全 避免两种流体的掺杂。所以这类设备化工上用的不多。间壁式换热器 其特点是在冷、热流体之间用以金属壁（或石墨等
12、导热 性能良好的非金属壁）隔开，使两种流体在不发生混合的情况下进行热量传递。 从传热的基本特征分类，间壁式换热器可分为管式和板式。其中包括夹套式换热 器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、列管式换热器以及其他 高效换热器。1.2 列管式换热器的类型固定管板式换热器固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构 简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构是壳侧清洗困 难，所以壳程宜用于不易结垢和清洗的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产 生不同的热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开，从而发生介质的泄露。为此 在外壳上焊以膨胀节，但它仅能减小而不能完
13、全消除由于温差而产生的热应力， 且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。由此可见，这种换热 器比较适合用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。浮头式换热器浮头式换热器针对固定管板式的缺陷做了结构上的改进。两端管板只由一端 与管体完全固定，另一端则可相对于壳体作某些移动，该端称之为浮头，如 图 1-2 所示。此类换热器的管束膨胀不受壳体的约束，所以壳体与管束之间不会 由于膨胀量的不同而产生热应力。而且在清洗和检修时，仅需要将管束从壳体中 抽出即可，所以能适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易结垢的场合。但该 类换热器结构复杂、本中，造价约比固定管板式高20%左右，材料消耗量大，而
14、 且由于浮头的端盖在操作中无法检查，所以在制造和安装时要注意其密封，以避 免发生内漏，管束和壳体的间隙较大，在设计时要避免短路。至于壳程的压力也 受滑动接触的密封限制。U形管换热器见图 1-3 为一 U 形管换热器，其结构特点为每根管子都弯成 U 形，两端固 定在同一块管板上，封头用隔板分成两室，故相当于双管程。这类换热器的特点 是：管束可以自由伸缩，不会因管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好； 管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束可以从 壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。但管内清洗不便，管束 中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太
15、小，在管板中心部分 布管不紧凑，所以管子数不能太多，且管束中心部分存在间隙，使壳程流体易于 短路而影响壳程换热。此外，为了弥补弯管后壁管的减薄，直管部分必须用壁较 厚的管子。这就影响了它的使用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大，或壳程介质 易结垢而管程介质不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的情形。填料函式换热器 此类换热器的管板也仅有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封，如图1-4 所示。它的管束也可自由膨胀，所以管壳之间不会产生热应力，且管程和壳 程都能清洗，结构较浮头式简单，造价较低，加工制造方便，材料消耗较少。但 由于密封处易于泄露，故壳程压力不能过高，也不宜用于易挥发、易燃、易爆、 有毒的场合。1.3 列管式换热器的结构1.3.1 管程结构介质流经传热管内的通道部分称为管程。换热管布置和排列间距常用换热管规格有 ei9X2mm、025X2mm（1Cr18Ni9Ti）、025X2.5 （碳钢10）。换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形错列和 三角形直列和同心圆排列，如图1所示。图1换热管排列方式正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳 径换热器，外圆管布均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采 用正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。对于多管程换热器，常采用组合
