沈阳农业大学课程设计
课程设计名称： 列管换热器
题 目： 换热器的设计
学 期：专 业：班 级：姓 名：学 号：指导教师：
2013-2014学年第1学期
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前言
换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造在换热器的材料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比较广泛：反应釜、压力容器冷凝器、反应锅、螺旋板式换热器、波纹管换热器、列管换热器、板式换热器、螺旋板换热器、管壳式换热器、容积式换热器、浮头式换热器、管式换热器、热管换热器、汽水换热器、换热机组、石墨换热器空气换热器、钛换热器。在合成氨生产过程中，换热器应用十分广泛，主要用于热量的交换和回收。变换工段中主要涉及一氧化碳的转化和能量的回收利用，列管换热器在传热效率，紧凑性和金属耗量不及某些换热器，但它具有结构简单，坚固耐用，适用性强，制造材料广泛等独特优点，因而，在合成氨变换工段选择列管式换热器，而本设计主要对该换热器进行相关选型和计算 今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性、不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。 在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。列管式换热器是间壁式换热器的主要类型。
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目录
一.任务书………………………………………………………………………………………………… 3
1.1.列管式换热器设计内容……………………………………………………………………………3 1.2.设计任务和操作条件………………………………………………………………………………3
二.概述及设计要求…………………………………………………………………………………… 4
2.1.换热器概述…………… ………………………………………………………………………… 4 2.2.固定管板式换热器…………………………………………………………………………………5 2.3.设计要求……………………………………………………………………………………………5
三.设计条件及主要物理参数………………………………………………………………………6 3.1.初选换热器的类型………………………………………………………………………………… 6 3.2.确定物性参数……………………………………………………………………………………… 6 3.3.计算热流量及平均温差…………………………………………………………………………… 6 3.4.管程安排(流动空间的选择)及流速确定………………………………………………………… 7 3.5.计算总传热系数……………………………………………………………………………………10 3.6.计算传热面积………………………………………………………………………………………10
四. 工艺设计计算 …………………………………………………………………………………… 11
4.1主要工艺及结构基本参数计算…………………………………………………………………… 11 4.2换热器筒体尺寸与接管尺寸确定………………………………………………………………… 12 4.3换热器封头选择…………………………………………………………………………………… 12 4.3.1封头选型…………………………………………………………………………………… 13 4.3.2封头厚度选取………………………………………………………………………………… 13 4.4管板的确定
4.4.1管板尺寸……………………………………………………………………………………… 13 4.4.2管板与壳体连接………………………………………………………………………………13 4.4.3管板厚度………………………………………………………………………………………14 4.5换热器支座选定…………………………………………………………………………………… 14 4.6 折流板………………………………………………………………………………………………14 4.7 接管…………………………………………………………………………………………………15 4.8壁厚的确定、封头………………………………………………………………………………… 15 五. 换热器核算 ………………………………………………………………………………………… 16
5.1.热量核算…………………………………………………………………………………………… 18 5.2.壁温核算…………………………………………………………………………………………… 19 5.3.流动阻力核算……………………………………………………………………………………… 20
六. 设计结果统计 ……………………………………………………………………………………… 21
七. 设计体会和收获 ………………………………………………………………………………… 22
八.参考文献 ………………………………………………………………………………………………23
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一 设计任务书
1.1列管式换热器设计内容
1.1.1选择换热器的类型
两流体温的变化情况：热流体进口温度110℃ 出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
1.1.2管程安排
从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。
1.2设计任务和操作条件 制冷机型号 6FW10 工况 标准 缸数 缸径（mm） 行程（mm） 转数（r/min） 理论容积（m3/h） 吸气管径（mm） 排气管径（mm） 工质
6 100 70 1440 285 DN80 DN70 R134a 制冷量（kw） 发动机功率（kw） 蒸发温度（℃） 冷凝温度（℃） 吸气温度（℃） 过冷温度（℃） 冷却水入口温度（℃） 100 60 -10 30 15 35 20
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二.概述及设计要求
2.1换热器概述
换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
换热器的类型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，如表2-1所示。
表2-1 传热器的结构分类 类型 特点 用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间固定管刚性结构 不能清洗 式 带膨胀节 有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 浮头式 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 列 U型管式 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难 管 管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力 管 填料函外填料函 较高的介质 式 内填料函 密封性能差，只能用于压差较小的场合 间 壳 式 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 双套管式 反应器中 式 能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝壁 套管式 器或预热器 沉浸式 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热 螺旋管式 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式 板式 液体间换热 可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做螺旋板式 板回收低温热能 面结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流式 伞板式 体干净 板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太板壳式 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蓄热式 回收热能的场合
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