240t/h汽-水浮头式换热器设计机械结构设计模具数控工艺夹具

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240t/h汽-水浮头式换热器设计机械结构设计模具数控工艺夹具

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一、240t/h汽-水浮头式换热器设计机械结构设计模具数控工艺夹具

240t/h汽-水浮头式换热器设计机械结构设计模具数控工艺夹具

本次设计的主要设计参数为：设计压力管程为0.99Map，壳程为2.75Mpa，工作温度管程为80℃，壳程温度为175℃，设计温度管程为95℃，壳程温度为200℃。管程介质为2.5Mpa的水，壳程介质为0.9Mpa的水蒸汽。在计算校核方面，进行了传统的工艺计算和强度计算。在传统的传热工艺计算中，主要包括有传热的面积，传递的热量及其系数的确定，流量，压降变化及壁温的验算等等问题，这些都是应用有关的国家标准和规定校核和计算得来的。在强度计算侧重于管体，管箱，头，接受，支持，隔板和板厚计算和挡板，其他部件的设计和管法兰，垫片，安装，组合，但也为一些强度校核。本设计主要是依GB151《管壳式换热器》和 GB150《压力容器》等为根据设计的。换热器在工业、农业等各个的领域运用十分的广泛，当然在日常生活中和现实中的传热设备也随处可以见到，是不可能缺少的工艺设备和单元之一。随着研究的不断深入，工业应用也取得了显著的成效。

本次设计中，多增加了排污口，放净口和备用口，挺高了产品的清洁能力和安全性能。在数据估计中，多增加些余量，保证了产品的安全运行。

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二、不会做毕业设计中的换热站怎么办？

所谓换热器就是实现热量传递的设备。
　　在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。
　　随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：
　　（1） 合理地实现所规定的工艺条件；
　　（2） 结构安全可靠；
　　（3） 便于制造、安装、操作和维修；
　　（4） 经济上合理。
　　浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。
　　浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。
　　在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。
　　钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。
　　钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。
　　浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管近年来受到不断涌现的新型换热器的挑战，但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。
　　管子构成换热器的传热面，管子尺寸和形状对传热有很大影响。采用小直径的管子时，换热器单位体积的换热面积大一些，设备比较紧凑，单位传热面积的金属消耗量少，传热系数也较高。但制造麻烦，管子易结垢，不易清洗。大直径管子用于粘性大或者污浊的流体，小直径的管子用于较清洁的流体。
　　管子材料的选择应根据介质的压力、温度及腐蚀性来确定。
　　换热器的管子在管板上的排列不单考虑设备的紧凑性，还要考虑到流体的性质、结构设计以及加工制造方面的情况。管子在管板上的标准排列形式有四种：正三角形和转角正三角形排列，适用与壳程介质清洁，且不需要进行机械清洗的场合。正方形和转角正方形排列，能够使管间的小桥形成一条直线通道，便于用机械进行清洗，一般用于管束可抽出管间清洗的场合。
　　另外对于多管程换热器，常采用组合排列方法，其每一程中一般都采用三角形排列，而各程之间则常常采用正方形排列，这样便于安排隔板位置。
　　当换热器直径较大，管子较多时，都必须在管束周围的弓形空间内尽量配置换热管。这不但可以有效地增大传热面积，也可以防止在壳程流体在弓形区域内短路而给传热带来不利影响。
　　管板上换热管中心距的选择既要考虑结构的紧凑性，传热效果，又要考虑管板的强度和清洗管子外表面所需的空间。除此之外，还要考虑管子在管板上的固定方法。若间距太小，当采用焊接连接时，相邻两根管的焊缝太近，焊缝质量受热影响不易得到保证；若采用胀接，挤压力可能造成管板发生过大的变形，失去管子和管板间的结合力。一般采用的换热管的中心距不小于管子外径的1.25倍。
　　当换热器多需的换热面积较大，而管子又不能做的太长时，就得增大壳体直径，以排列较多的管子。此时为了提高管程流速，增加传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管束。
　　为了把换热器做成多管程，可在一端或两端的管箱中分别安置一定数量的隔板。
　　浮头式换热器的优缺点：
　　优点：
　　（1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程；
　　（2）介质间温差不受限制；
　　（3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450度，压力小于等于6.4兆帕；
　　（4）可用于结垢比较严重的场合；
　　（5）可用于管程易腐蚀场合。
　　缺点：
　　（1）小浮头易发生内漏；
　　（2）金属材料耗量大，成本高20%；
　　（3）结构复杂
　　制造工艺
　　选取换热设备的制造材料及牌号，进行材料的化学成分检验，机械性能合格后，对钢板进行矫形，方法包括手工矫形，机械矫形及火焰矫形。
　　备料－－划线－－切割－－边缘加工（探伤）－－成型－－组对－－焊接－－焊接质量检验－－组装焊接－－压力试验
　　质量检验
　　化工设备不仅在制造之前对原材料进行检验，而且在制造过程中要随时进行检查。
　　质量检验内容和方法：
　　设备制造过程中的检验，包括原材料的检验、工序间的检验及压力试验，具体内容如下：
　　（1）原材料和设备零件尺寸和几何形状的检验；
　　（2）原材料和焊缝的化学成分分析、力学性能分析试验、金相组织检验，总称为破坏试验；
　　（3）原材料和焊缝内部缺陷的检验，其检验方法是无损检测，它包括：射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等；
　　（4）设备试压，包括：水压试验、介质试验、气密试验等。
　　耐压试验和气密性试验：
　　制造完工的换热器应对换热器管板的连接接头，管程和壳程进行耐压试验或增加气密性试验，耐压试验包括水压试验和气压试验。换热器一般进行水压试验，但由于结构或支撑原因，不能充灌液体或运行条件不允许残留试验液体时，可采用气压试验。
　　如果介质毒性为极度，高度危害或管、壳程之间不允许有微量泄漏时，必须增加气密性试验。换热器压力试验的顺序如下：
　　固定管板换热器先进行壳程试压，同时检查换热管与管板连接接头，然后进行管程试压；
　　U形管式换热器、釜式重沸器（U形管束）及填料函式换热器先用试验压环进行壳程试压，同时检查接头，然后进行管程试压；
　　浮头式换热器、釜式重沸器（浮头式管束）先用试验压环和浮头专用工具进行管头试压，对于釜式重沸器尚应配备管头试压专用壳体，然后进行管程试压，最后进行壳程试压；
　　重叠换热器接头试压可单台进行，当各台换热器程间连通时，管程和壳程试压应在重叠组装后进行。
　　安装：
　　安装换热器的基础必须满足以使换热器不发生下沉，或使管道把过大的变形传到传热器的接管上。基础一般分为两种：一种为砖砌的鞍形基础，换热器上没有鞍式支座而直接放在鞍形基础上，换热器与基础不加固定，可以随着热膨胀的需要自由移动。另一种为混凝土基础，换热器通过鞍式支座由地脚螺栓将其与基础牢固的连接起来。
　　在安装换热器之前应严格的进行基础质量的检查和验收工作，主要项目如下：基础表面概况；基础标高，平面位置，形状和主要尺寸以及预留孔是否符合实际要求；地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺帽和垫圈是否齐全；放置垫铁的基础表面是否平整等。
　　基础验收完毕后，在安装换热器之前在基础上放垫铁，安放垫铁处的基础表面必须铲平，使两者能很好的接触。垫铁厚度可以调整，使换热器能达到设计的水平高度。垫铁放置后可增加换热器在基础上的稳定性，并将其重量通过垫铁均匀地传递到基础上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。其中，斜垫铁必须成对使用。地脚螺栓两侧均应有垫铁，垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。
　　换热器就位后需用水平仪对换热器找平，这样可使各接管都能在不受力的情况下连接管道。找平后，斜垫铁可与芝座焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。当两个以上重叠式换热器安装时，应在下部换热器找正完毕，并且地脚螺栓充分固定后，再安装上部换热器。可抽管束换热器安装前应抽芯检查，清扫，抽管束时应注意保护密封面和折流板。移动和起吊管束时应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管。
　　根据换热器的形式，应在换热器的两端留有足够的空间来满足条件（操作）清洗、维修的需要。浮头式换热器的固定头盖端应留有足够的空间以便能从壳体内抽出管束，外头盖端必须也留出一米以上的位置以便装拆外头盖和浮头盖。
　　固定管板式换热器的两端应留出足够的空间以便能抽出和更换管子。并且，用机械法清洗管内时。两端都可以对管子进行刷洗操作。U形管式换热器的固定头盖应留出足够的空间以便抽出管束，也可在其相对的一端留出足够的空间以便能拆卸壳体。
　　换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。应经常对管，壳程介质的温度及压降进行监督，分析换热管的泄漏和结垢情况。管壳式换热器就是利用管子使其内外的物料进行热交换、冷却、冷凝、加热及蒸发等过程，与其他设备相比较，其余腐蚀介质接触的表面积就显得非常大，发生腐蚀穿孔结合处松弛泄漏的危险性很高，因此对换热器的防腐蚀和防泄漏的方法也比其他设备要多加考虑，当换热器用蒸汽来加热或用水来冷却时，水中的溶解物在加热后，大部分溶解度都会有所提高，而硫酸钙类型的物质则几乎没有变化。冷却水经常循环使用，由于水的蒸发，使盐类浓缩，产生沉积或污垢。又因水中含有腐蚀性溶解气体及氯离子等引起设备腐蚀，腐蚀与结垢交替进行，激化了钢材的腐蚀。因此必须经过清洗来改善换热器的性能。由于清洗的困难程度是随着垢层厚度或沉积的增加而迅速增大的，所以清洗间隔时间不宜过长，应根据生产装置的特点，换热介质的性质，腐蚀速度及运行周期等情况定期进行检查，修理及清洗。

三、暑假化工原理设计 换热器 求详解 给高分的哟

目 录

一、 概述 3
1. 换热器的结构形式 3
2.换热器材质的选择 3
3. 管板式换热器的优点 4
4.列管式换热器的结构 5
5.管板式换热器的类型及工作原理 7
二、 设计任务与操作条件 7
1.设计题目 7
2. 设计任务与操作条件 7
3.确定设计方案 8
4. 计算传热面积并初选换热器型号 8
1. 计算苯的流量： 8
2． 确定热流体及冷流体的物理性质： 8
3． 传热量计算： 8
4． 确定流体的温度： 8
5． 计算平均温度： 8
6． 设定管程流速、选择K值并估算传热面积： 9
5. 核算压力降： 10
1． 管程压力降： 10
2． 壳程压力降： 10
6. 核算总传热系数： 11
1、 管程对流传热系数 11
2、 壳程对流传热系数 12
三、 参考文献 13
四、 主要符号说明 13
五、 课程设计感想 14

一、 概述
目前管板式换热器产品达到了一个成熟阶段,凭借其高效、节能、环保的优势,在各行业领域中被频繁使用, 并被用以替换原有管壳式和翅片式换热器,取得了很好的效果。
1. 换热器的结构形式
管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备，它具有结构简单，坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。管壳式换热器根据结构特点分为以下几种：
（1） 固定管板式换热器
固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单，价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50℃且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。
带有膨胀节的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于70℃且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。

（2） 浮头式换热器
浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但结构复杂，造价高；增加了浮头盖以及连接件，在该处一旦发生泄漏不易被发现；管束外缘与壳壁之间间隙较大，减少了排管数目，容易引起壳程流体短路。
（3） 填料涵式换热器
填料涵式换热器管束一端可以自由膨胀，与浮头式换热器相比，结构简单，造价低，但壳程流体有外漏的可能性，因此壳程不能处理易燃，易爆的流体。
（4） U型管式换热器
结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。换热管束可以抽出，热应力可以消除。但管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。换热器的内层换热管一旦发生泄漏损坏，只能堵塞而不能更换。壳程内有一个不能排管的条形空间，影响结构的紧凑，而且要安装防短路的中间挡板。

2. 换热器材质的选择
在进行换热器设计时，换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度。流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，最后还要考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切关系。
一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。
（1）碳钢
价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。如一般换热器用的普通无缝钢管，其常用的材料为10号和20号碳钢。
（2）不锈钢
奥氏体系不锈钢以1Crl8Ni9Ti为代表，它是标准的18-8奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。
正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。
（2）管板
管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。
管板与管子的连接可胀接或焊接。胀接法是利用胀管器将管子扩胀，产生显著的塑性变形，靠管子与管板间的挤压力达到密封紧固的目的。胀接法一般用在管子为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过4 MPa，设计温度不超过 350℃的场合。
（3）封头和管箱
封头和管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。
①封头 当壳体直径较小时常采用封头。接管和封头可用法兰或螺纹连接，封头与壳体之间用螺纹连接，以便卸下封头，检查和清洗管子。
②管箱 换热器管内流体进出口的空间称为管箱,壳径较大的换热器大多采用管箱结构。由于清洗、检修管子时需拆下管箱，因此管箱结构应便于装拆。
③分程隔板 当需要的换热面很大时，可采用多管程换热器。对于多管程换热器，在管箱内应设分程隔板，将管束分为顺次串接的若干组，各组管子数目大致相等。这样可提高介质流速，增强传热。管程多者可达16程，常用的有2、4、6程。在布置时应尽量使管程流体与壳程流体成逆流布置，以增强传热，同时应严防分程隔板的泄漏，以防止流体的短路。
3. 管板式换热器的优点
(1) 换热效率高,热损失小
在最好的工况条件下, 换热系数可以达到6000W/ m2K, 在一般的工况条件下, 换热系数也可以在3000～4000 W/ m2K左右,是管壳式换热器的3～5倍。设备本身不存在旁路,所有通过设备的流体都能在板片波纹的作用下形成湍流,进行充分的换热。完成同一项换热过程, 板式换热器的换热面积仅为管壳式的1/ 3～1/ 4。
(2) 占地面积小重量轻
除设备本身体积外, 不需要预留额外的检修和安装空间。换热所用板片的厚度仅为0. 6～0. 8mm。同样的换热效果, 板式换热器比管壳式换热器的占地面积和重量要少五分之四。
(3) 污垢系数低
流体在板片间剧烈翻腾形成湍流, 优秀的板片设计避免了死区的存在, 使得杂质不易在通道中沉积堵塞,保证了良好的换热效果。
(4) 检修、清洗方便
换热板片通过夹紧螺柱的夹紧力组装在一起,当检修、清洗时, 仅需松开夹紧螺柱即可卸下板片进行冲刷清洗。
(5) 产品适用面广
设备最高耐温可达180 ℃, 耐压2. 0MPa , 特别适应各种工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝以及单元设备食品消毒等方面, 在低品位热能回收方面, 具有明显的经济效益。各类材料的换热板片也可适应工况对腐蚀性的要求。
当然板式换热器也存在一定的缺点, 比如工作压力和工作温度不是很高, 限制了其在较为复杂工况中的使用。同时由于板片通道较小,也不适宜用于杂质较多,颗粒较大的介质。
4. 列管式换热器的结构
介质流经传热管内的通道部分称为管程。
（1）换热管布置和排列间距
常用换热管规格有ф19×2 mm、ф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)、ф25×2.5 mm(碳钢10)。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列。

（A） （B） （C）

（D） （E）
图 1-4 换热管在管板上的排列方式
(A) 正方形直列 （B）正方形错列 (C) 三角形直列
（D）三角形错列 （E）同心圆排列
正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。
（2）管板
管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。
管板与管子的连接可胀接或焊接。胀接法是利用胀管器将管子扩胀，产生显著的塑性变形，靠管子与管板间的挤压力达到密封紧固的目的。胀接法一般用在管子为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过4 MPa，设计温度不超过350℃的场合。
（3）封头和管箱
封头和管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。
①封头 当壳体直径较小时常采用封头。接管和封头可用法兰或螺纹连接，封头与壳体之间用螺纹连接，以便卸下封头，检查和清洗管子。
②管箱 换热器管内流体进出口的空间称为管箱,壳径较大的换热器大多采用管箱结构。由于清洗、检修管子时需拆下管箱，因此管箱结构应便于装拆。
③分程隔板 当需要的换热面很大时，可采用多管程换热器。对于多管程换热器，在管箱内应设分程隔板，将管束分为顺次串接的若干组，各组管子数目大致相等。这样可提高介质流速，增强传热。管程多者可达16程，常用的有2、4、6程。在布置时应尽量使管程流体与壳程流体成逆流布置，以增强传热，同时应严防分程隔板的泄漏，以防止流体的短路。
5. 管板式换热器的类型及工作原理
板式换热器按照组装方式可以分为可拆式、焊接式、钎焊式等形式;按照换热板片的波纹可以分为人字波、平直波、球形波等形式; 按照密封垫可以分为粘结式和搭扣式。各种形式进行组合可以满足不同的工况需求,在使用中更有针对性。比如同样是人字形波纹的板片还因采用粘结式还是搭扣式密封垫而有所不同, 采用搭扣式密封垫可以有效的避免胶水中可能含有的氯离子对板片的腐蚀, 并且设备拆装更加方便。又如焊接式板式换热器的耐温耐压明显好于可拆式板式换热器, 可以达到250 ℃、2. 5MPa 。因此同样是板式换热器, 因其形式的多样性,可以应用于较为广泛的领域,在大多数热交换工艺过程都可以使用。
虽然板式换热器有多种形式, 但其工作原理大致相同。板式换热器主要是通过外力将换热板片夹紧组装在一起, 介质通过换热板片上的通孔在板片表面进行流动, 在板片波纹的作用下形成激烈的湍流, 犹如用筷子搅动杯中的热水, 加大了换热的面积。冷热介质分别在换热板片的两侧流动,湍流形成的大量换热面与板片接触, 通过板片来进行充分的热传递,达到最终的换热效果。冷热介质的隔离主要通过密封垫的分割, 或者通过大量的焊缝来保证, 在换热板片不开裂穿孔的情况下, 冷热介质不会发生混淆。

二、 设计任务与操作条件
1. 设计题目
1.5万吨/年石脑油冷却器的设计

2. 设计任务与操作条件
1) 石脑油：入口温度140℃，出口温度40℃
2) 冷却介质：自来水，入口温度25℃，出口温度45℃
3) 允许压强降：不大于100kPa
4) 每年按300天24小时连续运行。

两流体在定性温度下的物性数据
物性
流体 密度 ㎏/m3 比热KJ/(㎏•oC) 粘度 mPa•s 导热系W/(m•oC)
石脑油 825 2.22 0.715 0.140
水 994．0 4.17 0.727 0.626

3. 确定设计方案
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140℃出口温度40℃；冷体进口温度25℃出口温度为45℃，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，因此初步确定选用列管式换热器。
2) 管程安排
循环冷却水易结垢，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。但是由于石脑油是一种有毒且易燃易爆具有一定危险性的轻质油品，考虑到安全性和两物流的操作压力方面，应该让石脑油走管程，所以从总体考虑，应使石脑油走管程，循环冷却水走壳程。
4. 计算传热面积并初选换热器型号
1．计算石脑油的流量：
根据《化工原理课程设计任务书》中的数据可以计算出石脑油的流量
2．确定热流体及冷流体的物理性质：
物性
流体 密度 ㎏/m3 比热KJ/(㎏•oC) 粘度 mPa•s 导热系W/(m•oC)
石脑油 825 2.22 0.715 0.140
水 994．0 4.17 0.727 0.626
3．传热量计算：

忽略热损失，冷却水耗量为

4．确定流体的温度：
本设计中热流体为石脑油，冷流体为水，故为使石脑油可以尽可能快的通过管壁面向冷却水中散热，可以增加传热面积提高冷却效果，令石脑油走管程而水走壳程。
5．计算平均温度：
按换热器中苯与水逆流来计算平均温度，以单壳程来考虑其温度校正系数 。
石脑油：140℃→40℃
水： 45℃←25℃
: 95℃ 15℃

计算R和P：

由R、P值，查《化工原理（上册）》（天津大学化工学院夏清主编，修订版）（以下所提《化工原理》均指本书）P232页，图5-11（b）
得 =0.85>0.8 , 故可以选用。

6．设定管程流速、选择K值并估算传热面积：
参照P280页表4-14管壳式换热器中易燃,易爆液体的安全允许速度
可取管程的流速为
由此可以确定所需单管程数 ，故取双管程管数为4

根据两流体的情况，取K值为200W/(m2 •℃),则可以计算出单程换热器的管长为
取单管管长为6.0m，则管程 =10,由此可得总管数 =4n=40
且
查找《化工原理（上册）》书后附录十九固定管板式换热器（TB/T 4715—92），
并考虑到两流体温度差 ,为减少温差所引起的热应力，可选用带有膨胀节的固定管板式换热器，初选换热器型号为：G325Ⅳ-1.6-19，主要参数如下：
外壳直径：325mm
公称压力：1.6MPa
公称面积：19m2
管子尺寸：
管子数：40
管长：6m
管中心距：32mm
管程数 ：4
管子排列方式：正三角形
管程流通面积：0.0031
实际传热面积
通过计算可知， ，即采用此换热面积的换热器要求过程的总传热系数为 。
5. 核算压力降：
1．管程压力降：
，其中 =1.4， =1， =2。
管程流速：

雷诺系数为：

对于碳钢管，取管壁粗糙度 ，则相对粗糙度为 。
在《化工原理（上册）》P54页查图1—27知，摩擦系数
，将其带入前式，计算得
管程的压力降满足设计条件。
2．壳程压力降：

管子为正三角形排列，F=0.5

取折流挡板间距z=0.15m，D=0.7m，
折流挡板数为
壳程流通面积
壳程流速

故

计算结果表明，管程和壳程的压力降都能满足设计条件。
6. 核算总传热系数：
1、管程对流传热系数
（湍流）
普朗特数
对流传热系数
2、壳程对流传热系数

管子为正三角形排列，则

壳程中水被加热 （液体被加热时 ）

3、总传热系数K：
管壁热阻和污垢热阻可忽略时，总传热系数K为：

与 ，故所选换热器是合适的，安全系数是

设计结果为：选用带有膨胀节的固定管板式换热器，型号为G325Ⅳ-1.6-19。
三、 参考文献
[1]《化工原理》天津大学化工原理教研室编 天津：天津大学出版社. （1999）
[2]《换热器》秦叔经、叶文邦等 ，化学工业出版社（2003）
[3]《化工原理（第三版）上、下册》谭天恩、窦梅、周明华等，化学工业出版社（2006）
[4]《化工过程及设备设计》华南工学院化工原理教研室（1987）
[5]《 化工原理课程设计》贾绍义等，天津大学出版社（2003）
四、 主要符号说明
硝基苯的定性温度 T 冷却水定性温度 t
硝基苯密度 ρo 冷却水密度 ρi
硝基苯定压比热容 cpo 冷却水定压比热容 cpi
硝基苯导热系数 λo 冷却水导热系数 λi
硝基苯粘度 μo 冷却水粘度 μi
热流量 Wo 冷却水流量

热负荷 Qo 平均传热温差

总传热系数
管程雷诺数

温差校正系数
管程、壳程传热系数

初算初始传热面积
传热管数

初算实际传热面积 S 管程数

壳体内径 D 横过中心线管数

折流板间距 B 管心距 t
折流板数
NB 接管内径

管程压力降
当量直径

壳程压力降
面积裕度 H
五、 课程设计感想
经过一个星期的奋战，终于完成了一个还算可以的换热器设计，这几天我过的很充实，是我大学生活里继两次实习后又一次最充实的生活，看着我们小组的劳动成果，心里有种说不出的感觉。毕竟我们的努力还算有所回报，我为自己的努力感到自豪，当然我也认识到了自己学习中的不足。
我想说：功夫不负有心人，为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐。我们一边忙着复习备考，一边还要做课程设计，时间对我们来说一下子变得很宝贵，真是恨不得睡觉的时间也拿来用了。当自己越过一个又一个难题时，笑容在脸上绽放。当我看到设计终于完成的时候，我乐了。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。从这次的课程设计中，我不仅巩固了课本的知识，还学到了许许多多其他的知识。我知道了每一个课程之间是融会贯通的。在化工原理的课程设计中也用到了机械制图基础的知识，可是自己的机械制图基础没有学好，于是就要重新翻书来确定自己的一些设计是否正确。
其次了解到团队合作很重要，每个人都有分工，但是又不能完全分开来，还要合作，所以设计的成败因素中还有团队的合作好坏。
这次设计让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
当然我的设计肯定有不足之处，希望老师批评指正，下次一定会做得更好。