1、化工原理课程设计 2011.9.10 1化学化工学院化工原理课程设计设计题目：二硫化碳换热器的设计 设计者： 刘琦 学号： 1505090911 专业班级：化学工程与工艺 0903 班学院： 化学化工学院 指导老师：符剑刚 化工原理课程设计 2011.9.10 22011 年 9 月 9 日化工原理课程设计任务书专业 化学工程与工艺 班级 0903 姓名 刘琦 设计题目：列管式换热器设计设计时间: 2011.8.29 -2011.9.9设计任务: 年处理 30000 吨二硫化碳的二硫化碳冷凝器1.设备型式 水平列管式换热器2.操作条件（1）二硫化碳：冷凝温度 50，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器
2、；（2）冷却介质：自来软水，进口温度 25，出口温度 32（3）允许压强降，不大于 Pa510（4）每年按 330 天计算，每天 24 小时连续运行；(5) 设备最大承受压力，p=2.5Mpa设计报告：1.设计说明书一份2.主体设备总装图（A1 图纸）一份化工原理课程设计 2011.9.10 3目录摘要 .1第一章 前言 .2第二章 列管式换热器设计方案 .42.1 列管式换热器类型的选择 .52.1.1 固定管板式换热器 .52.1.2 浮头式换热器 .52.1.3 U 形管换热器 .52.1.4 滑动管板式换热器 .62.2 流体流动通道的选择 .62.3 换热器结构的计算 .72.3.1
3、 热负荷 Q： .72.3.2 平均温度差 .82.3.3 估算面积 .92.3.4 管子初选 .92.3.5 对流传热系数 .92.3.6 污垢热阻 .132.3.7 总传热系数和计算所需面积 .132.4 压强降计算 .142.4.1 管程压强降： .142.4.2 壳程压强降 .152.5 列管式换热器其他结构设计 .162.5.1 管程结构 .162.5.2 壳程结构 .172.5.3 其他重要附件 .182.6 换热器材质的选择 .182.6.1 碳钢 .192.6.2 不锈钢 .19第三章 列管式换热器的具体计算 .203.1 试算并初选换热器规格 .203.1.1 确定流体流动通
4、道 .203.1.2 定性温度 .203.1.3 估算传热面积 .203.1.4 初选换热器规格 .213.2 核算总传热系数 .223.2.1 计算管程的对流传热系数 .223.2.2 计算壳程对流传热系数 .223.2.3 确定污垢热阻 .23化工原理课程设计 2011.9.10 43.2.4 核算总传热系数 .233.3 计算压强降 .243.3.1 计算管程压降.243.3.2 计算壳程压降.253.4 结构尺寸的确定 .253.4.1 筒体内径 .253.4.2 换热器壁厚的计算 .263.4.3 封头 .273.4.4 管板 .283.4.5 容器法兰 .283.4.6 接管尺寸
5、.283.4.7 接管法兰 .293.4.8 管箱长度 .303.4.9 折流板 .303.4.10 拉杆与定距管 .303.4.11 分程隔板与缓冲板 .30附录一: 换热器的明细表 .32附录二：本书符号说明 .34设计总结 .37参考文献 .39化工原理课程设计 2011.9.10 5化工原理课程设计 2011.9.10 0摘要摘要:列管式换热器在化工、石油等行业中广泛应用。根据本次设计任务，二硫化碳流动温度为 50，冷却水的进、出口量温度为 25、32.计算一个年处理量为 30000 吨的二硫化碳冷凝器。通过计算，得到所需管程数为 6，传热管长为 6 米，壳体直径为 1.0 米,传热面
6、积为 348.5 平方米的的换热器。由此进行换热器的选择,并确定传热过程的流体流速等参数,传热面积为 404.3 平方米的的换热器。经过进一步核算，换热器压降，面积裕度，管壁温度均符合设计要求， 。然后通过查阅资料合理计算确定封头、管箱、拉杆、定距管等结构尺寸和选取符合要求的辅助设备（主要是离心泵） 。最后画出符合工程语言的设备总装图和带控制点的工艺流程图。关键词：列管式 固定管板式换热器 设计计算化工原理课程设计 2011.9.10 1第一章 前言在化工和石油化工厂中，传热既是最重要也是应用最多的过程。工厂运转是否经济常常取决于热或冷的利用和回收的效率。供气、供电和供冷等公用工程在生产过程中
7、的应用，关键在于使热的转化和回收效率最高。换热器是在具有不同温度的两种和两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产中，换热器的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药，航空及其他许多工业部门广泛使用的通用设备。在化工厂中，换热器的投资约占总投资的 10%-20%；在炼油厂中，该项的投资约占总投资的 35%-40%。换热器的种类很多，有多种多样的结构每种结构形式的换热器都有其自身的结构特征及其相应的工作特性。在对换热器的选型时，有诸多因素需要考虑，主要包括流体的性质、压力、
8、温度、压降及其可调范围；对清洗、维修的要求；材料价格及制造成本；动力消耗费；现场安装和检修的方便程度；使用寿命和可靠性等。对于所选择的换热器，应尽量满足以下要求：具有较高的传热效率，较低的压力降；重量轻且能承受操作压力；有可靠的使用寿命；产品质量高，操作安全可靠；所使用的材料与过程流体相容；设计计算方化工原理课程设计 2011.9.10 2便，制造简单，安装容易，易于维护和维修。在换热器中，应用最多的是管壳式（列管式）换热器，它是工业过程热量传递中应用最广泛的一种换热器。虽然列管式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面积的金属消耗量方面无法与板式或板翅式等紧凑式换热器相比，但列管式换热器适用
9、的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来，人们已在其设计和加工制造方面积累了许多的经验。本次课程设计是根据生产任务要求确定选用换热器的传热面积，管子规格和排列方式，管程数和管壳数以及折流挡板，进而确定换热器的其他尺寸或选择换热器的型号。化工原理课程设计 2011.9.10 3第二章 列管式换热器设计方案为了满足设计要求，设计方案拟定如下图 2-1 所示：是否是图 2-1技术要求定义目标如果需要计算未指定的流速或温度需要做能量平衡收集物理性质假设总传热系数 K确定壳、管程数计 校mt确定传热面积A=Q/K mt确定类型、管径，材料清单为壳管分配流体计算管数计算
10、壳径估计管侧传热系数确定隔板间距并估计壳层传热系数计算含垢因子在内的总传热系数估计管侧和壳层压降2.0K压降在规定范围内？估计换热器成本能否降低优化成本？设计成功设 K=K0化工原理课程设计 2011.9.1042.1 列管式换热器类型的选择根据列管式换热器的结构特点，常将其分为固定管板式、浮头式、U 形管式、填料函式、滑动管板式、双管板式、薄管板式等类型。2.1.1 固定管板式换热器(代号 G)优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵塞或更换；缺点：管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力；这种换热器适用于壳层介质清洁且不易结垢、并能进行清洗、管程与壳程两侧温差不大或者温差较大但壳层压力不高的场合。2.1.2 浮头式换热器(代号 P)优点：管内和管间易于清洗，不会产生热应力；缺点：结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求高。这种换热器适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的 场合。2.1.3 U 形管换热器(代号 Y)优点：只有一块管板，管束由多根 U 形管束组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与 U
