课程设计
《化工原理课程设计》报告
换热器的设计
年级 2008级 专业 化学工程与工艺
设计者姓名 刘国雄
设计单位
西北师范大学化学化工学院
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完成日期
2010年 11 月 25 日
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目录
概述
1.1.换热器设计任务书 ................................................................................................................ - 6 - 1.2换热器的结构形式 ................................................................................................................ - 9 - 2.蛇管式换热器 .......................................................................................................................... - 9 - 3.套管式换热器 .......................................................................................................................... - 9 - 1.3换热器材质的选择 .............................................................................................................. - 10 - 1.4管板式换热器的优点 .......................................................................................................... - 11 - 1.5列管式换热器的结构 .......................................................................................................... - 12 - 1.6管板式换热器的类型及工作原理 ...................................................................................... - 13 - 1.7确定设计方案 ...................................................................................................................... - 14 - 2.1设计参数 .............................................................................................................................. - 14 - 2.2计算总传热系数 .................................................................................................................. - 15 - 2.3工艺结构尺寸 ...................................................................................................................... - 16 - 2.4换热器核算 .......................................................................................................................... - 17 -
2.4.1.热流量核算 ............................................................................................................... - 18 - 2.4.2.壁温计算 ................................................................................................................... - 20 - 2.4.3．换热器内流体的流动阻力 .................................................................................... - 21 -
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概述
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。35％～40％。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。 换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。
换热器按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，按照传热面的形状和结构特点又可分为管壳式换热器、板面式换热器和扩展表面式换热器（板翅式、管翅式等），如表2-1所示。 表2-1 传热器的结构分类 类 型 特 点 刚性结用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不构 能清洗 固定管板式 带膨胀有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 节 浮头式 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 U型管式 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难 列管外填料管间容易泄漏，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较间 管 式 函 高的介质 壁 壳 填料函式 内填料式 式 密封性能差，只能用于压差较小的场合 函 釜式 壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮 结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反双套管式 应器中 能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或套管式 预热器 螺旋管式 沉浸式 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热
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板面式 喷淋式 只用于管内流体的冷却或冷凝 拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液板式 体间换热 可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用作回螺旋板式 收低温热能 结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体平板式 干净 板壳式 板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高 混合式 适用于允许换热流体之间直接接触 换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回蓄热式 收热能的场合 完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项基本要求。 （1）合理地实现所规定的工艺条件
传热量、流体的热力学参数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算，经过反复比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量。其具体做法如下。
①增大传热系数? 在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下，尽量选择高的流速。
②提高平均温差? 对于无相变的流体，尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可提高平均温差，还有助于减少结构中的温差应力。在允许的条件时，可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。
③妥善布置传热面? 例如在管壳式换热器中，采用合适的管间距或排列方式，不仅可以加大单位空间内的传热面积，还可以改善流体的流动特性。错列管束的传热方式比并列管束的好。如果换热器中的一侧有相变，另一侧流体为气相，可在气相一侧的传热面上加翅片以增大传热面积，更有利于热量的传递。 （2）安全可靠
换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵照我国《钢制石油化工压力容器设计规定》与《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。这对保证设备的安全可靠起着重要的作用。 （3）有利于安装、操作与维修
直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装
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化工原理课程设计列管换热器
