齐齐哈尔大学化工原理课程设计题目循环水冷却器的设计学院化学与化学工程学院专业班级制药工程学生姓名夏天指导教师吕君成绩2016年 07月 01日目录摘要.......................................................................................错误!未定义书签。
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第1章绪论 (1)1.1设计题目：循环水冷却器的设计 (1)1.2设计日任务及操作条件 (1)1.3厂址：齐齐哈尔地区 (1)第2章主要物性参数表 (1)第3章工艺计算 (2)3.1确定设计方案 (2)3.2核算总传热系数 (4)3.3核算压强降 (6)第4章设备参数的计算 (8)4.1确定换热器的代号 (8)4.2计算壳体内径DⅠ (9)4.3管根数及排列要求 (9)4.4计算换热器壳体的壁厚 (9)4.5选择换热器的封头 (11)4.6选择容器法兰 (11)4.7选择管法兰和接管 (13)4.8选择管箱 (14)4.9折流挡板的设计 (15)4.10支座选用 (16)4.11拉杆的选用和设置 (16)4.12垫片的使用 (18)总结评述 (20)参考文献 (21)主要符号说明 (22)附表1 (24)附表2 (25)致谢 (26)摘要在国内外的化工生产工程中，列管式换热器在目前所用的换热器中应用极为广泛——由于它具有结构牢固，易于制造，生产成本较低等特点。
管壳式换热器作为一种传统的标准换热器，在许多部门中都被大量使用。
其结构由许多管子所组成的管束，并把这些管束固定在管板上，热管板和外壳连接在一起。
为了增加流体在管外的流速，以改善它的给热情况在筒体内安装了多块挡板。
我们的进行作业时列管换热器的设计，根据所给的任务，进行综合考虑。
首先确定流体流径。
我们选择冷却水通入管内，儿循环水通过入管间。
其次，我们确定两流体的定性温度，由于温度引起的热效应不大，可以选择固定管板式换热器。
根据初算的总传热系数和热负荷，以及换热器的换热面积，换热器的根数和长度，来确定管程数。
并查阅相关资料。
初步工作完成之后，对设备的各种参数校核，包括换热器壳体，封头，管箱，管板，法兰的选用等等，接着进行一系列的检查。
选择这些附件，不仅要与所选换热很好的匹配，而且要兼顾经济的要求，让换热器既造价低廉又坚固耐用，以达到即经济又实惠的效果。
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。
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，在热交换器中，至少有两种温度不同的流体，一种是流体温度较高，放出热量，另一种是温度较低，吸收热量。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。
随意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，对换热器的要求也日益增强。
换热器的设计制造结构改进以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。
根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。
关键字：换热器；列管式换热器；循环水；冷却器AbstractHeat exchanger is part of the thermal fluid heat transfer to cold fluid equipment, in order to realize the different temperature of heat transfer between fluid, also called heat exchanger. Heat exchanger is to realize the heat exchange and transmission in the process of chemical production indispensable equipment, in the heat exchanger, there are at least two different fluid temperature, fluid temperature is higher, one is gives off heat, the other is a low temperature, absorption of heat.In chemical, petroleum, power, refrigeration, food and other industries widely used in all kinds of heat exchanger, and they are universal equipment, these industry occupies very important position. Optional constant development of the industry in our country, to the requirement of increasing the energy utilization, development and conservation, the requirement of the heat exchanger is also growing. The design and manufacture of heat exchanger structure improvement and the heat transfer mechanism of research is very active, appeared some new high efficiency heat exchanger. According to different purposes, the heat exchanger can be heat exchanger, heater, cooler, evaporator, condenser, etc. Because of the different conditions of use, heat exchanger can have various forms and structures. In production, heat exchanger is a separate equipment sometimes, sometimes, is a part of the process equipment.Key Words：Heat exchanger；Shell and tube heat exchanger；Floating-head type第1章绪论1.1 设计题目循环水冷却器的设计1.2 设计任务及操作条件1.2.1 设计任务①处理能力：72000kg/h②设备型式：列管式换热器1.2.2 操作条件①循环水：入口温度55℃，出口温度40℃②冷却介质水：入口温度25℃，出口温度35℃③管程和壳程的压强不大于1.0MPa④换热器的热损失4%1.3 厂址齐齐哈尔地区第2章主要物性参数表在定性温度下：t定冷=（25+35）/2=30℃t定循=（55+40）/2=47.5℃表2-1 物性参数表第3章 工艺计算3.1 确定设计方案 3.1.1 选择换热器的类型（1）两种流体的变化情况：热流体（循环水）进口温度55℃，出口温度40℃； 冷流体（冷却水）进口温度25℃，出口温度35℃; 冷水定性温度： t 定冷=（25+35）/2=30℃ 循环水定性温度：t 定循=（55+40）/2=47.5℃由于两流体温差小于50℃，不必考虑热补偿。
因此初步确定选择用固定管板式换热器。
（2）流程安排：由于该换热器是具有冷却水冷凝的换热器，应使循环水走壳程，以便于排除冷却水。
3.1.2计算热负荷和冷却水流量（1）热负荷的计算h Q =m h c ph △t 1 (3-1)物性密度㎏/m 2比热容kJ/（kg ℃粘度Pas 导热系数w/m ℃ 进口温度℃ 出口温度℃壳程（循环水） 管程（冷却水）符号ρ C p1 µ1 λ T 1 T 2数据988.1 4.174 549.4×10-6 647.8×10-355 40符号ρ C p1 µ2 λ t 2 t 2数据995.7 4.174 800.7×10-6 617.6×10-325 35=(72000/3600) ×4174×(55-40)=1.252×106w热负荷Q=Q h-Q (3-2)h=(1-5%)Q h=0.96×1.252×106w=1.202×106w（2）冷却水流量的计算Q=0.96m h c ph(T1-T2) (3-3) h=m h c ph(t1-t2)所以m c=0.96×72000×4.174×（55-40）/3600×4.174×(35-25)=28.8㎏/s3.1.3计算两流体的平均温差，确定管程数（1）平均传热温差△t m=△t1-△t2/ln（△t1-△t2）（按逆流计算） (3-4)其中：△t1=55-35=10℃；△t2=40-25=15℃△t m=17.38℃P=t2-t1/T1-t1=0.33R=T1-T2/t1-t2=1.5由P、R值查阅《化工原理》（天津大学出版社）（上册）图4-19，可得：Ψ△t=0.92，则有△t m=0.92×17.38=15.99℃（2）确定管程数由于Ψ△t=0.92〉0.8，故此换热器应选用单壳程。
3.1.4工艺结构尺寸（1）初选换热器的规格假设K=850 W/(mk)则估算的传热面积为：A=Q/K△tm=88.44㎡（2）管径和管内流速选用Φ25×2.5的碳钢传热器取管内流速为u i=0.5m/s（3）估算管程数和传热管数V=n s3.14/4d i2u i由4.1.2可知：冷却水用量=28.8kg/s则Mc/ ρc=0.0289m3/sN s=4V/（3.14(0.02)2×0.5）=184根根据列管式换热器传统标准，此数据可选取按单程算，所需的单程热管长度 L=A/3.14d i n s=7.65m (3-5)取传热管长l=8m则该传热管的管程数为：Np=L/l=1传热总根数N T=N p n s=1×184=184根实际传热面积S o=N3.14d（1-0.1）=91.29㎡则要求过程的总传热系数为Ko=Q/So△t m=693w/(㎡·℃) (3-6)该换热器的基本结构参数如下：表4-1换热器的基本结构参数公称直径：500m工程压强：1.0MPa总管数：NT=184根管间距：t=32mm管数：184管程数：m=1管长：8.0m 工程面积：80㎡管子排列方式：正三角形排列3.2 核算总传热系数 3.2.1 管程对流传热系数22205778.0118402.0414.3n 4m N d A p i i =⨯⨯=••=πs m A V s s /5002.005778.0/0289.0/u i ===37.1243500008007.07.9955002.002.0=⨯⨯==cic i ei ud R μρ普兰特准数：42.5617.000008007.010174.43=⨯⨯==ccph c P ri λμ)K W/(m 5.2631)42.5()4.12435(02.0617.0023.0Pr Re 23.0 23.08.04.08.0=⨯⨯⨯==iii d λα3.2.2壳程传热系数取换热器管心距t=32 mm 壳程流通截面积为：)/1(0t d hD A -= (3-7)其中：h-折流板间距。