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化工原理课程设计
设计题目： 管壳式换热器选型
班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期：
2012级一班 季恩卉 2012507072
课程设计
郭瑞丽
2015年 5 月 25 日
化 工 系
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课程设计
目录
前言…………………………………………………………………………………………3 1.管壳换热器的设计书……………………………………………………………………6 2.设计方案的确定…………………………………………………………………………6 2.1.管壳换热器的型式…………………………………………………………………6 2.2.流程的选择…………………………………………………………………………6 3.确定流体的定性温度、物性数据并选择列管换热器的型式……………………………6 3.1.定性温度……………………………………………………………………………7 3.2.物性参数……………………………………………………………………………7 4.换热器的工艺计算…………………………………………………………………………7 4.1.估算总传热系数………………………………………………………………………7 4.1.1.热流量…………………………………………………………………………7 4.1.2平均传热温差…………………………………………………………………7
4.1.3．冷却剂水用量………………………………………………………………8 4.1.4. 选取K值，估算总传热系数………………………………………………8 4.2估算传热面积…………………………………………………………………………8 5. 换热器的工艺结构尺寸设计………………………………………………………………8 6. 5.1.管径和管内流速………………………………………………………………………8 5.2.管程数和传热管数……………………………………………………………………8 5.3.传热管排列和分程方法………………………………………………………………8 5.4.计算平均传热温差……………………………………………………………………9 5.5.壳体内径………………………………………………………………………………9 5.6.折流板…………………………………………………………………………………9 5.7.计算壳程流通面积及流速……………………………………………………………9 5.8.计算管程流通面积及流速 ………………………………………………………… 10 6. 换热器核算…………………………………………………………………………………10 6.1传热系数的校核………………………………………………………………………10 6.1.1．传热面积………………………………………………………………………10
6.1.2.核算总传热系数…………………………………………………………………11 6.1.3.污垢热阻…………………………………………………………………………11
6.1.4对流传热系数……………………………………………………………………11 6.1.5壳体对流传热系数………………………………………………………………11 6.1．6.传热面积…………………………………………………………………………11
6.2．换热器内流体的流动阻力………………………………………………………………12 6.2.1.管程流动阻力……………………………………………………………………12 6.2.2.壳程流动阻力……………………………………………………………………12 7. 换热器的主要结构尺寸和计算结果…………………………………………………………13 8.在ChemCAD中的结果……………………………………………………………………………14 9.附图 ……………………………………………………………………………………………15 10.总结……………………………………………………………………………………………17 11.参考文献………………………………………………………………………………………17
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前 言
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 刚性结构 固定管式 列 间 壁 式 板式 板螺旋板式 面伞板式 式 板壳式 混合式 蓄热式 合 板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高 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收热能的场结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净 可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做回收低温热能 管 管 壳 式 式 双套管式 套管式 沉浸式 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液体间换热 结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中 能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热 釜式 壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮 填料函式 内填料函 密封性能差，只能用于压差较小的场合 外填料函 管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质 带膨胀节 浮头式 U型管式 有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难 特点 用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗
1.管壳式换热器
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