利用夹点技术设计换热网络

马连强Ξ郑开学　贺鑫平　高建红　华陆工程科技有限责任公司　西安　710054

摘要　介绍夹点技术的基本概念以及利用夹点技术设计换热网络的原则,列举利用夹点技术设计换热网络过程的实例,并简单介绍换热网络优化方面的基本知识。

关键词　夹点技术　换热网络　设计

夹点技术(Pinch P oint T echn ology)是由Linnhoff为首的英国帝国化学公司(I1C1I)的系统综合小组开发的。这个小组曾在1977～1981年对老厂技术改造及新厂建设的18项工程设计进行了重新设计计算,发现用新的原理设计平均可以节能30%,有的项目不仅可以节能,而且重新安排后节省了投资。1982年美国联碳公司请Linnhoff指导,在一年时间内试算了9个工程实例,结果证明,用这种方法平均可以节能50%,用于老厂技术改造的设备投资一般可以在2～12个月内回收。因而这种技术被认为是成熟的并可以在工业中普遍推广使用。经验证明,采用这种方法在新设计中可节省能源和设备投资,在老厂技术改造中可用较少设备投资回收尽可能多的能量。

1　基本概念

111　TH图

工艺流股的热特性可以用TH图很好地表示出来。当向某冷流股加入热量dQ时,如果温度变化为dT,则可以用式(1)描述:

dQ=W?Cp?dT(1)式中,W为冷流股的质量流量,kg/h;Cp为冷流股的比热,kJ/(kg?℃)。

对于特定的冷流股,如果在温升范围内C p 变化不大,可将W?Cp当成常数,定义为热容流率CP,即:

CP=W?Cp(2)

则式(1)变为:

Q=CP(T T-T S)=ΔH(3)

式中,T T为冷流股的目标温度,℃;T S为冷流股的供给温度,℃。

这样就可以把该冷流股加热的过程用TH图表示出来,如图1所示

。

图1　流股的TH图

流股TH图的斜率为热容流率CP的倒数1/ CP,CP越大,斜率越小,在同样的热负荷下流股的温度变化越小。

当冷流股在温升范围内比热Cp变化显著时,流股的TH图是非线性的,在这种情况下可将温升范围分为若干个比较小的温度区间,在各个温度区间分别画出TH图。

112　曲线

在有多股冷流股被加热的情况下就要用到“组合曲线”来表示。由式(3)可以看到,热负荷只与热焓H的相对值ΔH有关,也就是说,在图1上,T轴是有连续性的,而H轴则只有相对性,TH图可以沿H轴平行移动而效果不变。根据这一特点就可以把多个TH图合并为一根组合曲线,如图2所示。

Ξ马连强:2004年毕业于大连理工大学化学工程专业,获硕士学位。主要从事化工工艺系统设计工作。联系电话:(029) 82238189-3225,E-mail:Malianqiang@1631com。

图2　从TH图到组合曲线

图2表示热容流率分别为A、B和C的三股冷流股如何合并为一根冷组合曲线。在T1与T2温度之间只有一股冷流股吸收热量(T1-T2)?B=ΔH1,所以这一段斜率不变。在T2与T3温度之间有三股冷流股吸收热量(T2-T3)?(A +B+C)=ΔH2,于是组成组合曲线时要改变斜率,即在纵轴上两个端点不变,而横轴上要把原来三股冷流股在H轴上的投影叠加起来,构成组合曲线的第二段。按此方法,即可形成每个温度区间的线段,完成组合曲线。图2中(A)图表示合并前的三条TH图,(B)图表示完成的冷组合曲线。

上述TH图和组合曲线的概念同样适用于热流股。

113　夹点

在利用夹点技术设计换热网络时,要给定一个最小传热温差ΔT min,这是在整个换热网络中所允

许出现的最小传热温差,是进行换热网络设计的前提,最小传热温差ΔT min通常为10～20℃。

把冷组合曲线和热组合曲线表示在一个图上,热组合曲线在左上方,冷组合曲线在右下方,然后沿H轴平移冷组合曲线使之靠近热组合曲线,在这个过程中各部位的传热温差ΔT逐步变小,直到最后某一部位的传热温差ΔT=ΔT

min

。传热温差为ΔT min的位置称为“夹点”,如图3所示。夹点处热流股的温度称为热夹点温度,夹点处冷流股的温度称为冷夹点温度。

图3的物理意义非常明显,对于一个给定的

ΔT

min

,可以找到一个夹点。图的右上角表示至少要由热公用工程提供Q H,min的热量才能将冷流股提高到目标温度,左下角表示至少要由冷公用工程提供Q C,min的冷却量才能将热流股冷却到目标温度,

中间重叠部分表示通过换热最大可回收

图3　TH图上夹点的意义

的热量Q R,max。

2　设计换热网络的原则

通过对图3的分析,可以看到在夹点处可将整个换热网络分解成夹点之上和夹点之下两个子系统,夹点之上的子系统只有外部加热和内部换热,没有任何热量流出,是个”热阱”系统;夹点之下的子系统只有外部冷却和内部换热,没有任何热量流入,是个”热源”系统,如图4

所示。

图4　在夹点处将换热网络分为两个子系统

假如有一定量的热量自热阱系统进入热源系统,根据热量衡算,不但在热阱系统需要多消耗同样量的热公用工程,而且在热源系统也多消耗同样量的冷公用工程;如果在夹点之上的热阱系统设置冷却器,冷却器取出的热量必然要由热公用工程额外输入,这样既浪费了热公用工程,又浪费了冷公用工程,还浪费了设备投资;同样如果在夹点之下的热源系统设置加热器,这部分热量对系统并无好处,还要用冷公用工程来取出,浪费冷、热公用工程的同时还增加了设备投资。

由此我们得出夹点技术设计换热网络的原则为:

(1)不要有跨越夹点的传热。

(2)不要在夹点以上设置任何公用工程冷却

器,这意味着夹点之上所有的热流股都应依靠与冷流股换热达到夹点温度,而冷流股可以用加热器加热到目标温度。

(3)不要在夹点以下设置任何公用工程加热器,这意味着夹点之下所有的冷流股都应依靠与热流股换热达到夹点温度,而热流股可以用冷却器冷却到目标温度。

3　实例

通过一个简单的例子来描述利用夹点技术设计换热网络的过程。

假如一个换热网络有两股热流股和两股冷流股构成,有关参数如表1所示。

表1　流股参数

流股编号

流股类型热容流率(kW/℃)供给温度(℃)目标温度(℃)

1冷210201352热310170603冷410801404

热

115

150

311　确定夹点温度及冷、热公用工程消耗

分别完成冷、热组合曲线,

给定ΔT min 为10℃,确定夹点温度及冷、热公用工程消耗,如图5所示。

图5　确定夹点温度以及冷、热公用工程负荷

热夹点温度为90℃,冷夹点温度为80℃,这就意味着温度高于90℃的热流股的热量为可回收热量,不可用冷却器冷却而要用温度高于80℃的冷流股冷却;温度低于80℃冷流股不可

用加热器加热,要用温度低于90℃的热流股加热。同时还可以由图5看到热公用工程最少消耗20kW ,冷公用工程最少消耗

60kW ,最大可回

收热负荷为450kW 。

本设计方法的特点是将系统在夹点处分解,从夹点起始向两头设计,该换热网络分解为两个子系统后如图6所示。

图6　在夹点处分为两个子系统

312　夹点之上子系统的设计

由于在夹点之上不可设置冷却器,这就意味

着所有的热流股均要靠与冷流股换热达到夹点温度,而冷流股则可以靠热公用工程加热到目标温度。从夹点出发,把冷、热流股匹配成换热器,在匹配的过程中需要遵守以下原则:

(1)所有的热流股在夹点处只能和那些热容流率比自己大或相等的冷流股匹配。

(2)最大限度地满足两流股中的一股,

使这一股的热量完全用尽。

(3)在夹点以上要首先满足热流股,因为冷流股不满足可以增设加热器。

根据以上原则设计出的夹点以上换热网络如图7所示。

图7　夹点之上子系统的设计

流股2在夹点之上有240kW 热量需要取出,

正好被流股3所吸收,这只是一种巧合。流股4有90kW 热要求冷却,流股1只能用这部分热量由80℃加热到125℃,还剩下从125℃至135℃的热量(20kW )需要用热公用工程来加热。

313　夹点之下子系统的设计

由于在夹点之下不可设置加热器,这就意味着所有的冷流股均要靠与热流股换热达到夹点温

度,而热流股则可以靠冷公用工程冷却到目标温度。从夹点出发,把冷、热流股匹配成换热器,在匹配的过程中需要遵守以下原则:

(1)所有的冷流股在夹点处只能和那些热容流率比自己大或相等的热流股匹配。

(2)最大限度地满足两流股中的一股,使这一股的热量完全用尽。

(3)在夹点以下要首先满足冷流股,因为热流股不满足可以增设冷却器。

根据以上原则设计出的夹点以下换热网络如图8所示

。

图8　夹点之下子系统的设计

先把流股2的90kW 热量传给流股1所吸

收,这部分热量把流股1由35℃加热到80℃,再用流股4的热量把它从20℃加热到35℃,但流股4尚有60kW 的热量需要用冷却器冷却。

最后,综合的网络如图9所示

。

图9　整个换热网络的综合结果

4　换热网络的优化

换热网路的优化首先要确定科学的目标函

数,目标函数一般是能源费用和投资费用的最优组合,也就是总费用最小。

换热网络优化是基于换热器负荷的重新分配,一些换热器可能变大,一些可能变小,还有

一些换热器可能从设计中完全除掉。

换热网络的优化一般从热负荷回路和公用工程路径处着手。所谓的热负荷回路就是指从一个换热器或流股出发,不重复地沿换热器和路径走下去,可以再次回到出发点的闭合的换热器和流股的序列。公用工程路径指从一个公用工程流股出发,不重复地沿换热器和路径走下去,可以到达另外一种公用工程流股的换热器和流股的序列。如图9中换热器2、流股4、换热器4和流股1就组成了一个热负荷回路,冷却器C 、流股4、换热器4、流股1和加热器H 就组成了一个

公用工程路径。

在热负荷回路中通过重新分配热负荷可以减少换热器的数目,这种调整是不改变公用工程消耗的。如图9,我们可以把换热器4的30kW 的换热负荷转移到换热器2上而省掉换热器4,这样虽然违背了最小传热温差ΔT min 的原则,也许增加了传热面积,但省掉了一个换热器,可以通过目标函数决定这种优化的可行性。

在公用工程路径中通过重新分配热负荷也可以

减少换热器的数目,但这种调整会改变公用工程消耗。同样如图9,可以把冷却器C 和加热器H 的热负荷同时增加30kW 而省掉换热器4,这样也可以减少一个换热器,这样调整增加了公用工程消耗,优化的可行性同样需要目标函数来确定。

5　结语

本文简单叙述了夹点技术设计换热网络的基本原理和过程,实际换热网络的设计是很复杂的,比如有时两个流股存在合理的传热温差,但因为泄漏会引起严重的后果就不可以匹配在一个换热器中;有时两个流股相距太远,铺设太长的管道也是不经济的等等。另外还可能在设计过程中碰到门槛问题、多夹点问题、流股分流、热功集成等问题,这些都需要在设计过程具体分析。

参　考　文　献

1　杨友麒编著1实用化工系统工程1第一版[M ]1北京:化

学工业出版社,1989111

2　R 1Smith [英]1化工过程设计[M ]1第一版1北京:化学

工业出版社,200217

(收稿日期　2005-09-14)

换热网络设计

换热网络设计以下以例题形式给出解题步骤: 下表给出四股工艺物流的工况，最小允许传热温差 .汀mi x为20C。请用夹点设计法设计一具有最大能量回收的换热网络。解题步骤： ①将热流端点温度减去?汀mix与冷流端点温度，去掉没有潜热存在的重复温度点（热流加.订mix），按从大到小顺序排序划分温度区间; 340,280,260,80,80,40 热流端点温度需+DTmX 具体温区：温区：S x 1 SX2 Sx 3 Sx 4 Sx 5 热流：360 300 280 100 100 60 冷流：340 280 260 80 80 40 ②计算每个温度区间的净需热量； D1=-120; D2=-80; D3=-360; D4=600; D5=-80; ③从第一温区开始计算热量平衡； 01=120; 02=200; 03=560; O4=-40; 05=40; ④找到逆向传热最多的温度点； ⑤由外界向第一补充扭转逆向传热所需的热负荷，计算热量平衡； ⑥向下一个温区传热为零的温度点即为夹点，第一温区获得的热量即为最小加热负荷，最末温区传出热量即为最小冷却负荷；

⑦ 跨过夹点进行传热的所有换热匹配均不合理结果： QHmX =40kW, QCmX =80 kW; 夹点位置：SX 4与SX 5的界面；夹点温度：热换热到 100C ;冷换热潜热位置夹点之上子系统 ⑧ 设计换热网络方法: ｛这只是其中的一种方案，只要设计合理均可｝〖设计夹点匹配时必须要注意温差的要求，遵循夹点匹配的两种可行性原则〗 a ）分别匹配，优先考虑热负荷，然后考虑热容流率相近，一次用尽夹点之上要优先考虑热流，必须完全通过换热降温到夹点温度夹点之下要优先考虑冷流，必须完全通过换热升温到夹点温度 80C ； i) 分夹点画冷热流热负荷分配 ii) 分别匹配，优先考虑热负荷，然后考虑热容流率相近，一次用尽夹点之上要优先考虑热流，必须完全通过换热降温到夹点温度 CP 夹点之下要优先考虑冷流，必须完全通过换热升温到夹点温度热负荷 kW CP 热负荷 kW 80 120 80 40 360 C 60 C 520 2 600 3 360 2 200 1 600 0 80 C 夹点匹配夹点 100C

毕业设计-换热器设计模版

一、设计参数过热蒸汽压力P 1：0.35Mpa ；入口温度T 1：250C ；出口温度T 2：138.89C （查水和水蒸汽热力性质图表P11）；传热量Q ：375400kJ/h 。冷却水压力P 2：0.7MPa ；入口温度t 1：70C ；出口温度t 2（C ）；水流量m 2：45320kg/h 。水蒸汽走管程，设计温度定为300C ，工作压力为0.35Mpa （绝压）；冷却水走壳程，设计温度定位100C ，工作压力为0.9Mpa （绝压）。二、工艺计算 1.根据给定的工艺条件进行热量衡算 )t t ()()T T (1 2 2 2 2 1 2 1 1 2 1 1 1 p p c m Q h h m c m Q 查水和水蒸汽热力性质图表得 0.3MPa ，140C ，2738.79kJ/kg 250C ，2967.88 kJ/kg 0.4MPa, 150C ，2752.00 kJ/kg 250C ，2964.50 kJ/kg 采用插值法得到：0.35MPa 水蒸汽从138.89C 到 250C 的焓变为：234.6 kJ/kg h kg h h Q m /16006.234/375400)/(1 211 由表得70C 时水的比热2 p c 为4.187C kg J /k （【1】《化

200C 粘度0.136mPa/s ，导热系数 1.076C m W ，比热容4.505C kg kJ /【3】得：194.45 C 时密度 3 16193.1m kg ，粘度 s 0.14m Pa 1 ，导热系数C m W 0699.11 ；比热容 C kg kJ c p /479.41 588 .00699 .100014 .044791 1 11 p r c P 0.7MPa ，70.99C 时水的物性参数：（【4】《化工原理》P525页） 70C 密度977.83 m kg ，粘度0.406mPa/s ，导热系数0.668C m W ，比热容4.187C kg kJ /[4] 80C 密度971.83 m kg ，粘度0.355mPa/s ，导热系数0.675C m W ，比热容4.195C kg kJ /[4] 得：70.99 C 时密度 3 271.926m kg ，粘度 s 0.383m Pa 2 ，导热系数C m W 671.02 ；比热容 C kg kJ c p /329.42 393 .2667 .0000383 .043292 2 22r p c P 3.初定换热器尺寸 ①已知传热量Q

换热器设计开题报告

毕业设计开题报告论文题目: 抽余液塔底换热器设计学院化工装备学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：邓华指导教师：翟英明(高级工程师) 开题时间：2015年3月16日一、选题目的 1、通过毕业设计，练习综合运用课程和实践的基本知识，进行融会贯通的独立思考。 2、在规定的时间内完成指定的设计任务，从而得到化工换热器设计的主要程序和方法。 3、培养分析和解决工程实际问题的能力。 4、树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。 5、通过此次设计任务，学会换热器的结构及强度设计计算及制造、检修和维护方法。二、选题意义在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。换热器是实现传热过程的基本设备。而此设备是比较典型的传热设备。二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。化工、石油等行业中广泛使用各种换热器，它们是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备，在工业设备价值及作用方面占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一方面是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。三、国内现状目前，我国换热器产业的市场规模大概为700亿人民币，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。2010年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10～15%左右的速度增长。到2015年，我国换热器产

换热器设计说明书模板

换热器课程设计说明书专业名称：核工程与核技术姓名：*** 班级：*** 学号：*** 指导教师：*** 哈尔滨工程大学核科学与技术学院 2017 年 1 月 13 日

目录 1 设计题目…………………………………………………………………………… 1.1 设计题目………………………………………………………………………1.2 团队成员……………………………………………………………………… 1.3 设计题目的确定过程………………………………………………………… 2 设计过程…………………………………………………………………………… 3 热力计算…………………………………………………………………………… 4 水力计算…………………………………………………………………………… 5 分析与总结………………………………………………………………………… 5.1 可行性评价和方案优选………………………………………………………5.2 技术分析………………………………………………………………………5.3 总结与体会……………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………………………附录计算程序………………………………………………………………………

1.1、设计题目设计一台管壳式换热器，把 18000 kg/h 的热水由温度 t 1 ’冷却至 t 1 ”，冷却水入口温度 t 2 ’，出口温度 t 2 ”，设热水和冷却水的运行压力均为低压。初始参数：热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 80℃；热水出口温度 t 1 ”： 50℃；冷却水入口温度 t 2 ’： 20℃；冷却水出口温度 t 2 ”： 45℃； 1.3设计题目的确定过程首先，我们小组集中讨论了本次课程设计内容，即换热器设计的内容和具体细节上的要求，然后在组内达成了共识——求同存异。在题目初始参数相同的情况下对后续的计算以及编程过程发挥各自的特长，并将自己存在的疑问于组内其他成员讨论，充分发挥组内成员的自主和协作能力，努力做到一个合格并且优秀的核专业学生应有的素质。对于管壳式换热器的设计计算，我们查阅了相关的资料（在本说明书最后一并提到），第一次尝试选择参数，如下：热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃；热水出口温度 t 1 ”： 46℃；冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃；冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃；并尝试进行初步计算，不过在后面进行有效平均温差的计算时，针对我们手头有限的资料（见附录3），为了保证R可查，将参数修正为以下值。二次选择参数：热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃；热水出口温度 t 1 ”： 42℃；冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃；冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃；继续往下计算，我们通过之前的知识，发现在换热器的设计中，除非处于必须降 ψ>，至少不小于0.8。低壁温的目的，一般按照要求使0.9

换热器毕业设计论文.doc

第1章浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大

换热器设计说明书

甲醇■甲醇换热器II的设计第一部分设计任务书一，设计题目甲醇-甲醇换热器II的设计二，设计任务 1,热交换量：8029.39kw 2,设备形式：长绕管式换热器三，操作条件 ①甲醇：入口温度7.83°C,出口温度-31.68°C ②甲醇：入口温度-37.68°C,出口温度1.00°C ③允许压强降：管侧不大于1.5*105pa壳侧不大于2.9*10’pa. 四，设计内容 ①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 ②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积和传热系数。 ③换热器的主要结构尺寸设计。 ④主要辅助设备选型。 ⑤绘制换热器总装配图。第二部分换热器设计理论计算 1,计算并初选换热器的规格

(1) 两流体均不发生相变的传热过程，管程，壳程的介质均为甲醇。 (2) 确定流体的定性温度，物性数据。管程介质为甲醇，入口温度为7.83°C,出口温度-31.68°Co 壳程介质也为甲醇，入口温度?37.68°C,出口温度1.00°Co 管侧甲醇的定性温度:打=7兀：型=-H.925 °C 。 2 壳侧的甲醇定性温度：仏=二门卑V —1&34°C 。 2 两流体在定性温度下的物性数据： ⑶传热温差 △ _ 7厂力)一72一" _ (7.83-1)-[-31.8 — (-37.68)] _ 6.83-6 —钳％ °C 」厂T- 7?83-(一31?68)_39?51 r-f " 1-(-37.68) ~ 38.68 ") p=hzk= 1—(—37S)=坯=085 「-匕 7.83-(-37.68) 45.51 … 由R 和P 查图得到校正系数为：处ul,所以校正后的温度为 = ^=6.406°C （查传热课本 P288） ,6.83 In ----- 6 [-31.8-(-37.68)]

换热网络与热集成

换热网络与热集成 4.1概述本章进行了甲苯甲醇烷基化的冷热流股之间的能量匹配设计病构建换热网络。热集成旨在最大程度的利用流程内部的能量，减少公用工程的消耗，从而减少操作费用，降低生产成本。通过对流程流股的深入分析，利用Aspen Energy Analyzer 设计换热网络，其主要步骤如下： 1)确定流程中需要换热的冷流股和热流股； 2)利用物流数据做出冷热流股的温焓图和总组合曲线图（GCC）； 3)确定最小传热温差； 4)找出夹点及最小冷、热公用工程用量； 5)构建优化换热网络。 4.2冷热流股确定表4-1 换热冷热流股一览表流股名称T in/℃T out/℃热负荷/KW 流股说明 6-to-7 25 480.3 8.06×105反应器R0101进料 4-to-5 25 485 9.85×108 反应器R0101进料Reboiler@T0101 124.7 127.63 3.2×105T0101再沸器Reboiler@T0102 142.5 143.7 8.4×104T0102再沸器Reboiler@T0201 163.9 167.6 2×104T0201再沸器15-to-16 460 25 7.15×108反应器R0103出料Condenser@T0101 115 113 3.8×106T0101冷凝器Condenser@T0102 119.3 118.3 7.2×106T0102冷凝器Condenser@T0201 144.2 143.4 1.07×105T0201冷凝器

利用Aspen Energy Analyzer 分析计算得到换热网络，如图4-1、4-2所示：图4-1 换热网络示意图图4-2 换热网络夹点图换热网络设计流股分析报告如表4-2所示：表4-2换热网络设计股流分析报告最小传热温差最小热公用工程kj/h 最小冷公用工程kj/h 46.09℃ 1.063×109 4.025×109 4.3构建换热网络根据Aspen Energy Analyzer 的计算，所有参与换热的流股形成的换热网络如图4-3所示：

浮头式换热器毕业设计说明书

摘要本次设计为浮头式换热器，浮头式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管、折流板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等组成。浮头换热器的一端管板与壳体固定，另一端为浮动管板。因此其优点为热应力较小，便于检查和清洗，缺点为结构较为复杂。在传热计算工艺中，包括传热量、传热系数的确定和换热器径及换热管型号的选择，以及传热系数、阻力降等问题。在强度计算中主要讨论的是筒体、管箱、管板厚度计算以及折流板、法兰和接管、支座、分隔板等零部件的设计，还要进行一些强度校核。本设计是按照GB151《管壳式换热器》和GB150《钢制压力容器》设计的。换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处见，是不可缺少的工艺设备之一。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果。关键字：换热器，工艺计算，强度校核

Abstract This design is floating head heat exchanger, it is made up of tube box 、tube sheet、shell、heat exchange tube、baffle plate、draw bar、spacer pipe、hook circle、floating head cover and so on. One tube sheet of the exchanger is connected with shell, and the other tube sheet is floating tube sheet. So it’s easy to check and clean. On the other hand the structure of it complex. In the process of heat transfer calculation, include area computation 、capacity of heat transmission 、the determine of heat transfer coefficient and the choice of the heat exchange tube. About strength calculation, it involve the calculating of shell、tube box、sealing head and so on. This design is according to GB151 << shell-and-tube heat exchanger >> and GB150 << Steel pressure vessel >> to design. Heat exchanger is one of the indispensable process equipment. With the deepening of the research, industrial application made remarkable achievements. Keywords:heat exchanger; Process calculation；strength check

换热器的壳体设计毕业设计

换热器的壳体设计毕业设计目录第一章换热器概述1 1.1换热器的应用 (1) 1.2换热器的主要分类 (1) 1.2.1换热器的分类及特点 (1) 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 (2) 1.3管壳式换热器特殊结构 (5) 1.4换热管简介 (5) 第二章工艺计算7 2.1设计条件 (7) 2.2换热器传热面积与换热器规格： (8) 2.2.1 流动空间的确定 (8) 2.2.2 初算换热器传热面积'A (8) 2.2.3 传热管数及管程的确定 (9) 2.2.4管心距的计算 (9) 2.2.5换热器型号、参数的确定 (9) 2.2.6壳体径计算 (9) 2.2.7折流板的计算 (10) 2.3换热器核算 (10) 2.3.1传热系数核算 (11)

2.3.2换热器的流体阻力 (13) 2.3.3换热器的选型 (14) 第三章换热器的结构计算和强度计算 15 3.1换热器的壳体设计 (15) 3.2筒体材料及壁厚 (15) 3.3封头的材料及壁厚 (16) 3.4管箱材料的选择及壁厚的计算 (16) 3.5开孔补强计算 (17) 3.6水压试验及壳体强度的校核 (19) 3.7 换热管 (20) 3.7.1 换热管的排列方式 (20) 3.7.2 布管限定圆L D (20) 3.7.3 排管 (21) 3.7.4 换热管束的分程 (21) 3.8 管板设计 (22) 3.8.1 管板与壳体的连接 (22) 3.8.2 管板计算 (22) 3.8.3 管板重量计算 (26) 3.9 折流板 (26) 3.9.1 折流板的型式和尺寸 (27) 3.9.2 折流板排列 (27) 3.9.3 折流板的布置 (27)

换热网络设计

一.简介：化学工业是耗能大户，在现代化学工业生产过程中，能量的回收及再利用有着极其重要的作用。换热的目的不仅是为了改变物流温度使其满足工艺要求，而且也是为了回收过程余热，减少公用工程消耗。在许多生产装置中，常常是一些物流需要加热，而另一些物流则需要冷却。将这些物流合理的匹配在一起，充分利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收能力，尽可能减少蒸汽和冷却水等辅助加热和冷却用的公用工程（即能量）耗量，可以提高系统的能量利用率和经济性。换热网络系统综合就是在满足把每个物流由初始温度达到制定的目标温度的前提下，设计具有最加热回收效果和设备投资费用的换热器网络。我们主要介绍利用夹点技术对换热网络进行优化。通过温度分区及问题表求出夹点及最小公用工程消耗，找出换热网络的薄弱环节提出优化建议，寻求最优的匹配方法。再从经济利益上进行权衡提出最佳的换热网络方案。提高能量的利用效率。二.换热网络的合成——夹点技术 1、温度区间的划分工程设计计算中，为了保证传热速率，通常要求冷、热物流之间的温差必须大于一定的数值，这个温差称作最小允许温差△Tmin。热物流的起始温度与目标温度减去最小允许温差△Tmin，然后与冷物流的起始、目标温度一起按从大到小顺序排列，生称n个温度区间，热

物流按各自冷、个温区，n从而生成表示，Tn+1……T1,T2分别用．的始温、终温落入相应的温度区间。温度区间具有以下特性: （1）.可以把热量从高温区间内的任何一股热物流，传给低温区间内的任何一股冷物流。（2）.热量不能从低温区间的热物流向高温区间的冷物流传递。 2、最小公用工程消耗（1）.问题表的计算步骤如下： A：确定温区端点温度T1，T2，………Tn+1，将原问题划分为n个温度区间。 B：对每个温区进行流股焓平衡，以确定热量净需求量： Di=Ii－Qi=（Ti－Ti+1）（∑FCPC－∑FCPH） C：设第一个温区从外界输入热量I1为零，则该温区的热量输出Q1为：Q1=I1－D1=－D1根据温区之间热量传递特性，并假定各温区间与外界不发生热交换，则有：Ii+1=Qi Qi+1=Ii+1－Di+1=Qi－Di+1 利用上述关系计算得到的结果列入问题表 (2).夹点的概念（自己画图7-3）从图中可以直观的看到温区之间的热量流动关系和所需最小公用工程用量，其中SN2和SN3间的热量流动为0，表示无热量从SN2流向SN3。这个流量为零的点就称为夹点。 3、温焓图与组合曲线

管壳式换热器设计课程设计

河南理工大学课程设计管壳式换热器设计学院：机械与动力工程学院专业：热能与动力工程专业班级：11-02班学号：姓名：指导老师：小组成员：

目录第一章设计任务书 (1) 第二章管壳式换热器简介 (2) 第三章设计方法及设计步骤 (4) 第四章工艺计算 (5) 物性参数的确定 (5) 核算换热器传热面积 (6) 传热量及平均温差 (6) 估算传热面积 (8) 第五章管壳式换热器结构计算 (10) 换热管计算及排布方式 (10) 壳体内径的估算 (12) 进出口连接管直径的计算 (13) 折流板 (13) 第六章换热系数的计算 (19) 管程换热系数 (19) 壳程换热系数 (19) 第七章需用传热面积 (22) 第八章流动阻力计算 (24) 管程阻力计算 (24) 壳程阻力计算 (25) 总结 (27)

第一章设计任务书煤油冷却的管壳式换热器设计：设计用冷却水将煤油由140℃冷却冷却到40℃的管壳式换热器，其处理能力为10t/h，且允许压强降不大于100kPa。设计任务及操作条件 1、设备形式：管壳式换热器 2、操作条件（1）煤油：入口温度140℃，出口温度40℃ （2）冷却水介质：入口温度26℃，出口温度40℃

第二章管壳式换热器简介管壳式换热器是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。纵然各种板式换热器的竞争力不断上升，管壳式换热器依然在换热器市场中占主导地位。目前各国为提高这类换热器性能进行的研究主要是强化传热，提高对苛刻的工艺条件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所作的结构改进。强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差等方式，其中提高传热系数是强化传热的重点，主要是通过强化管程传热和壳程传热两个方面得以实现。目前，管壳式换热器强化传热方法主要有：采用改变传热元件本身的表面形状及表面处理方法，以获得粗糙的表面和扩展表面；用添加内物的方法以增加流体本身的绕流；将传热管表面制成多孔状，使气泡核心的数量大幅度增加，从而提高总传热系数并增加其抗污垢能力；改变管束支撑形式以获得良好的流动分布，充分利用传热面积。管壳式热交换器（又称列管式热交换器）是在一个圆筒形壳体内设置许多平行管子（称这些平行的管子为管束），让两种流体分别从管内空间（或称管程）和管外空间（或称壳程）流过进行热量交换。在传热面比较大的管壳式热交换器中，管子根数很多，从而壳体直径比较大，以致它的壳程流通截面大。这是如果流体的容积流量比较小，使得流速很低，因而换热系数不高。为了提高流体的流速，可在管外空间装设与管束平行的纵向隔板或与管束垂直的折流板，使管外流体在壳体内曲折流动多次。因装置纵向隔板而使流体来回流动的次数，称为程数，所以装了纵向隔板，就使热交换器的管外空间成为多程。而当装设折流板时，则不论流体往复交错流动多少次，其管外空间仍以单程对待。管壳式热交换器的主要优点是结构简单，造价较低，选材范围广，处理能力大，还能适应高温高压的要求。虽然它面临着各种新型热交换器的挑战，但由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于优势地位。由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，

换热器设计指南汇总

换热器设计指南

1 总则 1.1 目的为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。 1.2 范围 1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。 1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。 1.3 规范性引用文件下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号（版次）的引用文件，其最新版本适用于本规定。 GB150-1999 钢制压力容器 GB151-1999 管壳式换热器 HTRI设计手册 Shell & tube heat exchangers——JGC 石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社（2002）换热器设计手册——中国石化出版社（2004）换热器设计手册——化学工业出版社（2002） Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ——SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997) Shell and Tube Exchanger Design and Selection——CHEVRON COP. (1989) HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994) Shell and Tube Heat Exchangers——TOTAL（2002）管壳式换热器工程规定——SEI（2005） 2 设计基础 2.1 传热过程名词定义

2.1.1 无相变过程加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。 2.1.2 沸腾过程在传热过程中存在着相的变化—液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。 2.1.3 冷凝过程部分或全部流体被冷凝为液相, 热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。 2.2 换热器的术语及分类 2.2.1 术语及定义换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器；位号：设计人员对某一换热器单元的识别号；有效表面：进行热交换的管子外表面积；管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分；壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分；管程数：介质沿换热管长度方向往、返的次数；壳程数：介质在壳程内沿壳体轴向往、返的次数；公称长度：以换热管的长度作为换热器的公称长度，换热管为直管时，取直管长度，换热管为U形管时取U形管直管段的长度；计算换热面积：以换热管外径为基准，扣除伸入管板内的换热管长度后，计算得到的管束外表面积，对于U形管式换热器，一般不包括U形弯管段的面积；公称换热面积：经圆整后的计算换热面积；

冷却器毕业设计

冷却器毕业设计篇一：换热器冷却器课程设计课程设计任务书 1、设计题目：年处理量20万吨柴油冷却器的设计 2、操作条件：（1）柴油：入口温度175℃；出口温度90℃；（2）冷却介质：采用循环水，入口温度20℃，出口温度50℃；（3）允许压降：不大于105Pa；（4）柴油定性温度下的物性数据： ?c＝720kg/m3 ?c?6.6?10-4Pa.S cpc?2.48kJ/(kg.0c) ?c?0.133w/(m.0c) （5）每年按330天计，每天24小时连续生产。 3、设计任务：（1）处理能力：XX00t/a柴油；（2）设备型式：列管式换热器；（3）选择适宜的列管换热器并进行核算；（4）绘制带控制点的工艺流程图和设备结构图，并编写设计说明书。摘要

柴油冷却器是帮助柴油散热的一个装置。本次课程设计采用浮头式换热器来实现柴油冷却。在设计中，主要以循环水为冷却剂，在给定的操作条件下对柴油冷却器进行设计。本设计的内容包括：1、设计方案的确定：换热器类型的选择、流动空间的选择等。2、换热器的工艺计算：换热器面积的估算、换热器工艺尺寸的计算、换热器的核算等。 3、操作条件图等内容。目录摘要 ................................................ ................................................... ................................................... (2) ABSTRACT .......................................... ................................................... ................................ 错误！未定义书签。第1章绪论 ................................................ ................................................... ................................................... . (3) 1.1换热器技术概

板式换热器设计毕业论文

板式换热器设计毕业论文目录前言 (1) 1章标题 (2) 1.1节标题 (3) 1.1.1小节标题 (4) 1.1.1.1小节子标题 (5) 1.2节标题 (6) 1.2.1小节标题 (7) 1.2.1.1小节子标题 (8) 2章标题 (9) 2.1节标题 (10) 2.1.1小节标题 (11) 2.1.1.1小节子标题 (12) 1绪论 1.1 板式换热器的学术背景及意义目前板式换热器已成为高效、紧凑的热交换设备，大量地应用于工业中,它的发展已有一百多年的历史。 1878年德国人发明了半片式换热器，现在通常都称作板式换热器，它经过了50余年的发展，至20世纪30年代，由薄金属板压制的板片组装而成的板式换热器间世，并将该换热器应用于工业中，显示出了优异的性能，从此就迅速地得到了广泛的推广应用，成为紧凑、高效的换热设备之一。板式换热器是以波纹板的新型高效换热器。国外早在20世纪20年代就作为工艺设备引入食品工业，40—50年代初开始用于化工领域。近十年来，板式换热器发展很迅速，现已广泛用于食品、制药、合成纤维、石油化工、动力机械、船舶、动力、供热等各行业。目前我国的板式换热器工厂，可制造单板传热面积从0.042m2至1.32m2，波纹形式为水平平直波纹、人字形波纹、球形波纹、锯齿形波纹、竖直形波纹的板式换热器。

由于板式换热器在制造上和使用上都有一些独特之处，所以在工业上一经使用成功之后就发展很快。到本世纪四十年代，已经有几个国家好几个厂生产出许多种不同形状和不同尺寸的板片。至于现在，世界上能生产板式换热器的工厂已经很多了，主要的生产厂不下三、四十个。几个主要生产厂一般都有该厂独特的板片波形。一般一个厂只生产有限几种尺寸的板片。然后组装成换热面积大小不同的换热器。因为从设计到制造成功一定波形的板片需要有较大的投资和较长的时间，所以一般生产工厂不轻易改变板片的波形。早期的板式换热器大都用于食品工业，如牛奶、蛋液、啤酒等的加工过程中。这是由于早期扳片的单板面积较小，不能组成单台面积较大的换热器，所以只能用于处理物料流量较小的场合，随着单板面积的增大，能组成的单台板式换热器的面积也相应增大。现在各制造厂竞相增大单板面积和组成大型的板式换热器。板式换热器今后的发展趋势是：提高操作温度和操作压力，加大处理量，扩大使用范围，研制采用新的结构材料的制造工业，而研制新的垫片材料易提高其使用温度和使用压力，将是其中的重点。虽然板式换热器有很多优点，而其现在发展很快，但它们在结构与制造上尚存在问题。随着科学技术的飞速发展，板式换热器正不断完善，应用也日趋广泛。 21世纪我国的能源形势是紧张的，我国和世界的能源消耗随着人口的增长和工业化的进展将会快速增长；现在我们利用的主要一次能源（煤炭、石油、天然气和核能）之中，除煤炭之外，其余三项已逐渐枯竭，其价格不可避免将持续增长；目前尚没有发现能替代石油、天然气、核能的一次能源，作为有效替补的能源有太阳能和热核反应，但前者成本费高，后者尚有许多实质的问题没有解决，尚不能达到实用阶段；为了控制地球温室效应，化石燃料的使用受到了各国舆论的强烈反对。综上所述，在21世纪的上半个世纪之间，作为解决我国能源和环境问题的重要措施之一是如何有效地利用好一次能源，其中主要研究的内容是从一次能源转移至二次能源、三次能源的高效率化；各阶段利用技术的先进性和效率的提高；需求的平衡和能源的供给、消耗系统的改善等。上述所说内容的实质是热技术，当分析各项技术时，我们将发现，换热技术是关键工艺之一。近几十年来，板式换热器的技术发展，可以归纳为以下几个方面。 1：研究高效的波纹板片。初期的板片是铣制的沟道板，至三四十年代，才用薄金属板压制成波纹板，相继出现水平平直波纹、阶梯形波纹、人字形波纹等形式繁多的波纹片。同一种形式的波纹，又对其波纹的断面尺寸——波纹的高度、节距、圆角等进行大量的研究，同时也发展了一些特殊用途的板片； 2：研究适用于腐蚀介质的板片、垫片材料及涂（镀）层； 3：研究提高使用压力和使用温度； 4：发展大型板式换热器； 5：研究板式换热器的传热和流体阻力； 6：研究板式换热器提高换热综合效率的可能途径。 1.2 我国设计制造应用情况我国板式换热器的研究、设计、制造，开始于六十年代。1965年，兰州石油化工机器

列管式换热器结构设计毕业设计论文

列管式换热器结构设计毕业设计论文第一章换热器概述过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%～20%；在炼油厂，约占总投资的35%～40%。 1.1 换热器的应用在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500℃）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。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、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。 1.2 换热器的主要分类在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。 1.2.1 换热器的分类及特点按照传热方式的不同，换热器可分为三类： 1.直接接触式换热器又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两

种流体混合的场合。 2.蓄热式换热器在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜，单位体积传热面比较大，故较适合用于气--气热交换的场合。 3.间壁式换热器这是工业中最为广泛使用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为：（1）管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等；（2）板面式换热器：如板式、螺旋板式、板壳式等；（3）扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点由于设计题目是浮头式换热器的设计，而浮头式又属于管壳式换热器，故特此介绍管壳式换热器的主要类型以及结构特点。管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器，主要是由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，其具体结构如下图所示。壳体多为圆筒形，内部放置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为了增加壳程流体的速度以改善传热，在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次就称为一个壳程，而图1-2-1所示为最简单的单壳程单管程换热器。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分为若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程；同样。为提高管外流速，也可以在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可以配合使用。

能量集成及换热网络设计

2018年“东华科技-陕鼓杯” 第十二届全国大学生化工设计竞赛中石化镇海炼化分公司年产1.2万吨叔丁胺和1.8万吨聚异丁烯项目能量集成及换热网络设计 ZJU C.E.O团队叶骐瑜陈宁洁方譽錡俞彬彬李锦秀指导老师：胡晓萍

目录 1概述 (3) 2原始工艺流股提取 (4) 3原始工艺流股的能耗分析 (5) 4工艺流程的改进 (6) 5改进工艺流股的提取及分析 (7) 6换热网络设计 (10) 7热泵技术分析 (13) 8相变潜热利用分析 (14) 9节能技术利用总结 (15) 10总结 (16)

1概述本项目是中石化镇海炼化分公司MTBE来源粗异丁烯利用子项目。该项目采用传统的MTBE精制路线，直接以镇海炼化MTBE生产装置裂解提纯得到高纯异丁烯，利用部分高纯异丁烯来生产1.8万吨／年的纯度为99.7%的中分子量聚异丁烯，另一部分高纯异丁烯进一步催化胺化生产 1.2万吨／年附加值更高的叔丁胺。运行操作成本是一个重要评价参数。原料的预热、精馏等都是非常耗能的过程，会消耗大量的公用工程。本项目工艺由异丁烯提纯、叔丁胺合成、叔丁胺提纯、异丁烯聚合和聚异丁烯后处理五个工段组成。流程中冷热物流均比较多，潜在的热量可供回收，通过对换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现流程内部热量的集成和最大化利用，以减少公用工程的消耗，降低能耗。为此，我们运用Aspen Energy Analyzer V10软件来进行换热网络的设计，并且寻找可能节能的措施，以最大限度的降低成本。通过对本项目工艺流股温位和换热要求的分析，为了尽可能降低系统能耗费用以及母厂可供公用工程的来源，本换热网络需要的冷公用工程包括循环冷却水、空气和冷冻剂，热公用工程包括为125℃的低压蒸汽、175℃的中压蒸汽、250℃的高压蒸汽和400℃的热油，均可由厂区公用工程站和冷冻站提供，形成与母厂的公用工程集成。通过对系统工艺流股的能耗分析，为了尽可能地利用组合曲线平台区潜热，在工艺流程中采用了双效精馏技术和热泵技术，并进一步进行了换热网络的集成和优化，可以回收热量10782.97kW，占比27.21%,效精馏技术和热泵的采用消耗了约31kW，总计节约能量约10751.97Kw。