化工原理课程设计--列管式换热器

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1、化工原理课程设计说明书题目名称：列管式换热器系部：化学与环境工程系专业班级：应用化工技术12-班（民）151摘要本次课程设计是列管式换热器的设计。列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计，其中以热力设计最为重要。列管式的换热器的设计内容主要包括根据换热任务和有关要求确定设计方案，试算和初选换热器的规格（包括计算热负荷和冷却油流量，计算两流体的平均温度差，初选换热器规格）；核算管程、壳程压强降；核算总传热系数。本组选择的换热器为型换热器，计算结果为:K的估计值为145，的计算值是169，，在1.15

2、-1.25范围内，所选换热器合适。关键词：列管式换热器；设计；计算；结论151目录1前言11.1固定管板式换热器21.2浮头式换热器21.3U型管式换热器22列管式换热器的工艺设计22.1试算和初选换热器的规格32.1.1计算热负荷和冷却油的流量32.1.2计算两流体的平均温度差42.1.3初选换热器规格42.2核算压强降52.2.1管程压强降52.3核算总传热系数82.3.1管程对流传热系数αi82.3.2壳程对流传热系数αo82.3.3污垢热阻102.3.4总传热系数KO102.4设计结果汇总表113.参考文献124.设

3、计自评121511前言换热设备是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在化工、石油、轻工、食品、动力、制药、冶金等许多工业部门中广泛应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中，换热器占设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。随着环境保护要求的提高，近年来，加氢装置的要求越来越多，如加氢裂化，煤油加氢，汽油、柴油加氢和润滑油加氢等，所需的高温、高压的换热设备的数量随之加大，在这些场合，换热设备通常占总投资的50%以上。换热设备也是回收余热、废热，特别是地位热能的有效装置。列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热

4、器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质可分别采用普通碳钢、紫铜或不锈刚制作。在进行换热时，一种流体由封头的连接管处进入，在管内流动，从封头另一端的出口管流出，这称为管程；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种。1511.1固定管板式换热器这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此类换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两边，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在

5、管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时，管子和管板于外壳的连接都是刚性的，而管内、管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。为了克服温差应力，必须有温差补偿装置。一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为了安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60-70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过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。1.2

6、浮头式换热器换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗，但是结构较复杂，造价比固定管板式的高20%左右。1.3U型管式换热器U型管式换热器，每根管子都弯成U型，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为2程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是：管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是：结构简单、质量轻、适用

7、于高温高压条件。2列管式换热器的工艺设计第五小组设计任务和设计条件流量为30kg/s的某油品从150℃降到110℃，将原油从25℃加热到60℃，已知定性温度下两流体的物性如下表：151物料，㎡•℃/W，kg/m³，kJ/（kg•℃），W/（m•℃），Pa•s原油0.00018151.9860.1360.0029油品0.00057152.200.1190.0052试选用合适型号的换热器。2.1试算和初选换热器的规格本题为两流体均不发生相变的传热过程，根据两流体的情况，因原油的对流传热系数一般较大，且易结垢，故选择原油走换热器的

8、管程，油品走壳程。2.1.1计算热负荷和冷却油的流量Wkg/s2.1.2计算两流体的平均温度差暂按单壳程、多管程进行计算。逆流时平均温度差为℃而151由图3-24查得所以℃2.1.3初选换热器规格根据两流体的情况，假设W/(㎡·℃)故m2由于℃﹥℃，因此需考虑热补偿。据此，由换热器系列标准