管壳式换热器工艺设计说明书

管壳式换热器工艺设计说明书

1.设计方案简介

1.1工艺流程概述

由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。如图1，苯经泵抽上来，经管道从接管A进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管C进入换热器管程。两物质在换热器中进行交换，苯从80℃被冷却至55℃之后，由接管B流出；循环冷却水则从30℃升至50℃，由接管D流出。

图1 工艺流程草图

1.2选择列管式换热器的类型

列管式换热器，又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最广泛

的传热设备。其主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及窜热效果较好；此外，结构简单，制造的材料围广，操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用列壳式换热器。如下图所示。

1.2.1列管式换热器的分类

根据列管式换热器结构特点的不同，主要分为以下几种：

⑴固定管板式换热器

固定管板式换热器，结构比较简单，造价较低。两管板由管子互相支承，因而在各种列管式换热器中，其管板最薄。其缺点是管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。

固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。

固定板式换热器

⑵浮头式换热器

浮头式换热器，一端管板式固定的，另一端管板可在壳体移动，因

而管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生漏时不便检查；管束与壳体间隙较大，影响传热。

浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。

⑶填料函式换热器

填料函式换热器，管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式换热器低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。但壳程介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。

⑷U形管式换热器

U形管式换热器，只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管不便清洗，管板上布管少，结垢不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，层管子损坏后不易更换。

U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管介质清洁，不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。

1.2.2类型的确定

所设计的换热器用于冷却苯，苯：入口温度80℃，出口温度55℃；水：入口温度30℃，出口温度43℃；该换热器的管壁温和壳体壁温之差满足Tm-tm=75-40=35℃﹤50℃，两流体温度差不大。加上固定管板式换热器结构简单、造价低廉，所以本设计选用固定管板式换热器，且不需考虑热补偿。

1.3流动路径的选择

本设计为两流体均不发生相变的传热过程，因水的对流传热系数一般较大，且易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，苯走壳程。

2.课程设计基本思路和步骤

1.1课程设计准备工作

1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；

2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；

3. 迅速准确的进行工程计算的能力；

4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。

1.2课程设计书组成部分

完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要依据，应包括以下主要容：

1.封面；

2.目录；

3.设计任务书；

4.设计方案简介；

5.设计条件及主要物性参数表；

6.工艺设计计算；

7.辅助设备的计算及选型；

8.设计结果汇总表；

9.设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论；

10.工艺流程图及设备工艺条件图；

11.参考资料。

1.3课程设计的步骤

1. 动员和布置任务；

2. 阅读指导书和查阅资料

3. 设计计算,绘图和编写说明书；

整个设计是由论述、计算和绘图三部分组成。论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方确，误差小于设计要求，计算公式和所用数据必须注明出处；图表应能简要表达计算的结果。

3.课程方程设计任务

将纯苯液体从80℃冷却到55℃，其流量为20000kg/h 。冷却介质采用35℃的循环水。要求换热器的管程和壳程压降不大于10kpa ，试设计能完成上述任务的列管式换热器。

4.确定物性设计

苯的定性温度： T=80+552 =67.5°C

水的定性温度： t=35+432

=39°C

5.估算传热面积

5.1传热平均温度差（先按逆流计算）

Δt m =

()

6.27355543

80ln 3555()4380ln

2

121=-----=∆∆∆-∆t t t t ℃

5.2计算热负荷（忽略热损失）

Q=q m1c p1(T 1-T 2)=20000

3600

⨯ 1.841⨯103 ⨯(80-55)=2.56⨯105

5.3冷却水的用量（忽略热损失）

q m2=Q C P2(t 2-t 1) = 2.56X105

4.174X103X(43-35)

5.4初算传热面积

参照传热系数K 的大致围，取K=450W/（m 2.℃） 则估算传热面积为：

A 估=Q KΔt m = 2.56X105

450X27.6

=20.61m 2

由于考虑安全系数和数值的近似性，常取实际传热面积是计算值的1.15—1.25倍。本试验取实际面积为估算面积的1.15倍，则实际面积为： A 实=1.15X20.61=23.70m 2

6.工艺结构尺寸 6.1选管子规格

选用Φ25mmx2.5mm 低合金钢无缝钢管，管长l=3m 。

6.2总管数和管程数

总管数：错误!未指定书签。根实

1013

025.014.370

.23=⨯⨯=

=

l

d A n o π

单程流速：u=s m n d q i v /244.010102.0785.06.99267

.74

22

=⨯⨯=

π