1、 课程设计说明书 1 化工原理课程设计 课程名称： 化工原理课程设计 课 题： 列管式换热器设计 学 院： 化学与生物工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 2013 级 1 班 姓 名： 学 号： 指导老师： 课程设计说明书 2 摘 要 . 3 【关键词】 . 4 化工原理课程设计任务书 . 5 一、设计题目： . 5 二、设计条件 . 5 三、设计步骤 . 5 四、设计要求 . 6 五、设计成果 . 6 六、设计考核 . 7 七、参考资料 . 7 列管式换热器工艺设计 . 8 1.1 简介 . 8 1.2 工作原理 . 8 1.3 换热器的分类、主要特点及结构组成 . 8 1.3
2、.1 固定管板式换热器 . 9 1.3.2 浮头式换热器 . 9 1.3.3“U”型管式换热器 . 9 1.4 设计要求 . 9 2.1 设计内容 .11 2.2 设计方案 .11 2.2.1 选择换热器 的类型 .11 2.2.2 流程安排 .11 2.3 确定物性数据 . 12 2.4 列管式换热器标准简介 . 12 2.5 估算传热面积 . 13 2.6 工艺结构尺寸 . 13 压力容器的公称直径 . 14 2.7 换热器核算 . 15 换热器的主要尺寸和计算结果 . 18 参考文献 . 19 附录 . 20 课程设计说明书 3 摘 要 课程设计说明书 4 【关键词】 课程设计说明书 5
3、 化工原理课程设计任务书 一、设计题目： 设计中型氮肥厂用变换气水冷立式列管换热器 二、设计条件 1.热流体：变换气，工作压力为 1.4MPa，进口温度为 65，要求降 到 38，变换气流量为 95780 kg/h。 2.冷流体：水，进口温度为 32，出口温度为 42，操作压力为 0.3MPa 3.已知变换气及冷却水在定性温度下的物性数据： 密度 （ kg/m3） 黏度 (mPa s) 比热容(kJ/kg K) 导热系数（ W/(m K)） 变换气 12.83 0.0158 2.495 0.0806 冷却水 993 0.718 4.178 0.622 4.两流体均无相变。 5.建厂地址：兰州地
4、区 6.要求管程和壳程的阻力都不大于 50kPa 三、设计步骤 1.掌握换热器设计概况、设计原则（以概论综述形式体现在说明书中） 2.确定设计方案 （ 1）选择列管换热器的类型 课程设计说明书 6 （ 2）确定冷热流体流动空间及流速 （ 3）确定冷热流体的定性温度及相关物性数据 3.初步估算换热器的传热 面积。 4.初选换热器的规格 5.校核 （ 1）核算换热器的传热能力及传热面积，要求设计裕度不小于 10%，不大于 20%。 （ 2）核算管程和壳程的流体阻力损失。 如果不符合上述要求重新进行以上计算。 5.将换热器主要结构尺寸和计算结果列表。 6.总结设计过程，绘制列管式换热器设计流程图。
5、四、设计要求 1.说明书采用统一封面和纸张； 2.方案和流程的选择要阐明理由； 3设计过程思路清晰，内容完全； 五、设计成果 1.设计说明书（ A4 纸，不少于 20 页） （ 1）内容包括封面、摘要、目录及页码、任务书、正文 、小结、参考文献、附录或符号说明。 （ 2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计要求打印。 2. 变换气水冷立式列管换热器装配图（ A1 图纸手绘） 课程设计说明书 7 六、设计考核 1.设计是否独立完成，是否存在抄袭行为； 2.设计说明书的编写是否规范； 3.结构尺寸计算与图纸是否规范和正确； 4.答辩 七、参考资料 1.化工原理及设备课程设计李芳 化学工业出版社 2
6、.化工原理谭天恩（第四版） 化学工业出版社 3. 化工原理课程设计贾绍义 天津大学出版社 课程设计说明书 8 列管式换热器工艺设计 1.1 简介 在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。这种设备统称为换热器。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。换 热器在化工生产中，有时作为一个单
7、独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。它是进行热量传递的通用工艺设备。 1.2 工作原理 板式换热器主要是通过外力将换热板片夹紧组装在一起 , 介质通过换热板片上的通孔在板片表面进行流动 , 在板片波纹的作用下形成激烈的湍流 , 犹如用筷子搅动杯中的热水 , 加大了换热的面积。冷热介质分别在换热板片的两侧流动 ,湍流形成的大量换热面与板片接触 , 通过板片来进行充分的热传递 ,达到最终的换热效果。冷热介质的隔离主要通过密封垫的分割 , 或者通 过大量的焊缝来保证 , 在换热板片不开裂穿孔的情况下 , 冷热介质不会发生混淆。 1.3 换热器的分类、
8、主要特点及结构组成 列管式换热器又称管壳式换热器，已有较长的使用历史，至今仍是应用最广泛的一种换热设备，与其他的几种间壁式换热器相比，单位体积的设备所能提供的传热面积要大得多，传热效果也比较好。由于结构紧凑、坚固，材料较省、且能选用多种材料来制造，故适应性较强，尤其是在大型装置和高温、高压中得到普遍应用。 课程设计说明书 9 列管式换热器的种类很多，目前广泛使用的类型主要有以下几种。 1.3.1固定管板式换热器 固定管板式换热器是 将两端管板直接与壳体焊接在一起。主要由外壳、管板、管束、 封头 等主要部件组成。壳体中设置有管束 ,管束两端采用焊接、胀接或胀焊并有的方法将管子固定在管板上 ,管板
9、外周围和封头法兰用螺栓紧固。固定管板式换热器的结构简单、造价低廉、制造容易、管程清洗检修方便 ,但壳程清洗困难 ,管束制造后有温差应力存在。当换热管与壳体有较大温差时 ,壳体上还应设有膨胀节 。 1.3.2浮头式换热器 浮头式换 热器一端管板固定在壳体与管箱之间 ,另一端管板可以在壳体内自由移动 ,也就是壳体和管束热膨胀可自由。故管束和壳体之间没有温差应力。一般浮头可拆卸 ,管束可以自由地抽出和装入。浮头式换热器的这种结构可以用在管束和壳体有较大温差的工况。管束和壳体的清洗和检修较为方便 ,但它的结构相对比较复杂 ,对密封的要求也比较高。 1.3.3“ U”型管式换热器 U 形管式换热器是将换
10、热管炜成 U 形 ,两端固定在同一管板上。由于壳体和换热管分开 ,换热管束可以自由伸缩 ,不会由于介质的温差而产生温差应力。 U 形管换热器只有一块管板 ,没有浮头 ,结构比 较简单。管束可以自由的抽出和装入 ,方便清洗 ,具有浮头式换热器的优点 ,但由于换热管做成半径不等的 U 形弯 ,最外层换热管损坏后可以更换外 ,其它管子损坏只能堵管。同时 ,它与固定管板式换热器相比 ,由于换热管受弯曲半径的限制它的管束中心部分存在空隙 ,流体很容易走短路 ,影响了传热效果。 1.4设计要求 随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器课程设计说明书 10 不断涌现。为了适应发展的需要，中国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （ 1） 合理地实现所 规定的工艺条件； （ 2） 结构安全可靠； （ 3） 便于制造、安装、操作和维修； （ 4） 经济上合理。
