课程设计之换热器-2015 (1)
化工原理课程设计换热器
化工原理课程设计换热器
换热器设计是化工原理课程设计中一个重要的部分。
下面将为您介绍步骤和注意事项。
一、设计步骤：
1. 确定换热器类型：根据工艺要求及介质性质，选择适合的换热器类型，如管壳式、板式、螺旋板式等。
2. 估算传热系数：根据换热器类型、流体类型、流量、温度等因素，估算出传热系数。
3. 计算传热面积：根据所需传热量和传热系数，计算指定温度下需求的传热面积。
4. 选择换热器管径及壳体规格：根据所需传热面积和换热器类型，选择合适的换热器管径及壳体规格。
5. 设计热损失：根据换热器使用环境，计算换热器热损失量，以确保能量转化的高效。
6. 设计流路：结合工艺流程及介质性质，确定换热器内部介质的流路和流速，
以确保传热效率。
二、注意事项：
1. 选用合适的换热器类型，以确保传热效率和占用空间的合理性。
2. 估算传热系数要考虑介质性质、流量、温度等因素，更加科学地估算传热系数。
3. 所需传热面积要根据实际需要，同时结合换热器的大小、材质等因素做出合理的选择。
4. 选择换热器管径及壳体规格要遵循一定的社会标准及安全规范，以确保换热器使用的稳定性和安全性。
5. 设计热损失要考虑换热器使用环境，以确保能量转化的高效。
同时，必须符合国家有关规定。
化工原理课程设计换热器
化工原理课程设计换热器本文主要介绍化工原理课程设计中涉及到的换热器的相关知识和设计思路。
换热器是化工工业中常用的设备之一，其主要功能是通过传导、对流和辐射的方式实现热量的传递，从而将一个流体的热量传递给另一个流体。
因此，在化工原理课程设计中涉及到换热器的设计，既需要考虑流体的物理性质，也需要考虑热力学参数的影响。
换热器的类型繁多，按照传热方式的不同可分为对流式换热器和辐射式换热器。
常用的对流式换热器包括管壳式换热器、板式换热器和螺旋式换热器等。
在换热器的设计中，需要首先确定换热器所要实现的传热方式和工作条件，如流体流速、进出口温度和压力等。
接下来需要考虑的问题是如何选择合适的材料以满足流体的物理性质和热力学参数的要求。
在化工原理课程设计中，换热器的设计重点之一是热力学计算。
为了实现对流体的热量传递，需要考虑流体的传热系数。
传热系数与流体的物理性质密切相关，包括流体的密度、比热、粘度和导热系数等。
通过对这些参数的测量和分析，可以计算出传热系数，并进而确定换热器的传热效率。
另外，在化工原理课程设计中，换热器的设计还需要考虑到换热器的尺寸、材料和结构等方面的问题。
尺寸的设计需要考虑工作流体的容积和流速等因素，以保证换热器的实现效率和安全性。
材料选择需要考虑到流体的化学性质，以避免流体与材料发生反应和腐蚀。
结构设计需要兼顾容易清洗、拆卸和维护的要求，以方便日常运行和维护。
总之，在化工原理课程设计中，换热器的设计是一个系统性的工程，包括物理学、化学和工程学等多个学科领域的综合运用。
只有充分理解流体的物理性质和热力学参数，才能做出合理的设计并实现高效的换热效果。
同时，还需要考虑到实际工程的应用需求，以满足生产的需要和安全的要求。
换热器课程设计文档
换热器课程设计文档一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握换热器的基本原理、类型、结构和计算方法，能够运用所学知识分析和解决实际工程问题。
具体分为以下三个部分：1.知识目标：（1）掌握换热器的基本原理和作用；（2）了解不同类型的换热器及其特点；（3）熟悉换热器的结构组成和计算方法。
2.技能目标：（1）能够分析实际工程中的换热问题，并选择合适的换热器；（2）能够运用换热器计算方法，准确计算换热器的性能参数；（3）具备一定的创新能力和解决问题的能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对能源工程领域的兴趣和热情；（2）培养学生严谨的科学态度和团队协作精神；（3）培养学生关注环保、节能和可持续发展意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.换热器的基本原理：介绍换热器的工作原理、热传递方式及换热效果的影响因素。
2.换热器的类型：分类介绍不同类型的换热器，如管式换热器、板式换热器、壳管式换热器等，并分析其优缺点。
3.换热器的结构组成：详细讲解换热器的主要组成部分，如壳体、管束、换热管、支架等，以及它们的作用和选型依据。
4.换热器计算方法：介绍换热器的传热计算、阻力计算和面积计算等方面的方法。
5.换热器在实际工程中的应用：分析换热器在能源、化工、环保等领域的应用案例，培养学生解决实际问题的能力。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下几种教学方法：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握换热器的基本原理、类型和计算方法。
2.案例分析法：分析实际工程中的换热器应用案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题。
3.实验法：安排实验课程，让学生亲自动手操作，加深对换热器结构和工作原理的理解。
4.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队协作能力和创新思维。
四、教学资源为实现教学目标，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的换热器教材，为学生提供系统、全面的学习资料。
2.参考书：推荐学生阅读相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。
换热器结构原理课程设计
换热器结构原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握换热器的基本结构及其工作原理，理解不同类型换热器的特点与应用场景。
2. 使学生了解换热过程中的热量传递机制，包括传导、对流和辐射。
3. 帮助学生理解换热器在设计过程中涉及的参数计算，如传热系数、温差、流体流量等。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析实际换热器案例，提出优化方案的能力。
2. 让学生掌握换热器设计的基本方法和步骤，具备一定的换热器选型、设计和计算能力。
3. 培养学生运用专业软件或工具进行换热器性能模拟和优化的技能。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对换热器及热交换技术的兴趣，培养其探索精神和创新意识。
2. 培养学生关注能源利用和环境保护，认识到换热器在节能减排中的重要作用。
3. 培养学生的团队协作意识和沟通能力，使其在换热器设计过程中能够与他人有效合作。
本课程针对高年级学生，结合换热器结构原理的学科特点，强调理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力。
课程目标旨在让学生掌握换热器相关知识，提升其专业技能，同时培养其情感态度价值观，为今后的学习和工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 换热器基本概念：介绍换热器的定义、分类及用途，分析各类换热器的工作原理和结构特点。
教材章节：第一章 换热器概述2. 热量传递机制：讲解传导、对流和辐射三种热量传递方式在换热过程中的作用和计算方法。
教材章节：第二章 热量传递基础3. 换热器设计参数：阐述换热器设计中所涉及的主要参数，如传热系数、温差、流体流量等，并进行相关计算。
教材章节：第三章 换热器设计参数及计算4. 换热器选型与设计：介绍换热器选型原则、设计方法和步骤，结合实际案例进行分析。
教材章节：第四章 换热器选型与设计5. 换热器性能模拟与优化：教授学生运用专业软件或工具对换热器性能进行模拟和优化，提高换热效率。
教材章节：第五章 换热器性能模拟与优化6. 换热器在实际工程中的应用：分析换热器在能源、化工、环保等领域的应用案例，探讨换热技术的现状与发展趋势。
化工原理(换热器)课程设计
可依据传热管内径和流速确定单程传热管数：
=
按单程管计算，所需的传热管长度为：
= m
按单程管设计，传热管偏长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用国家标准设计，取传热管长 ，则该换热器的管程数为：
=
传热管总根数： = =
3.传热温差校平均正及壳程数
平均温差校正系数：
=
=
按单壳程，双管程结构，根据《化工原理课程设计》上册，图5-19[1] [2]采用外推法，得：
8.其他附件
拉杆数量与直径选取，本换热器壳体内径为1200mm，故其拉杆直径大小为Ф12拉杆数量12，壳程入口处，应设置防冲挡板。
（5）换热器核算
1.热流量核算
①壳程表面传热膜系数
用克恩法计算[3] [5]：
当量直径
=
壳程流通截面积：
壳程流体流速及其雷诺数分别为：
普朗特数：
粘度校正：
②管程表面传热膜系数：
流体流经管束的阻力
= = =0.339
=
流体流过折流板缺口的阻力
, ,
总阻力
= =122329.89
由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。
在允许范围之内（见表2）。
表2列管式换热器允许阻力范围[7]
操作压力/Pa
允许阻力/Pa
课程设计换热器的设计
课程设计换热器的设计一、教学目标本课程的设计目标是使学生掌握换热器的基本原理、设计方法和计算技巧。
知识目标要求学生了解换热器的类型、工作原理及其在工程中的应用；技能目标要求学生能够运用传热学的基本原理，进行换热器的设计和计算；情感态度价值观目标则在于培养学生的创新意识和解决实际问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括换热器的基本原理、类型及其设计方法。
具体内容包括：换热器的基本概念、传热基本方程、对流传热、换热器类型（包括空气冷却器、水冷却器、热交换器等）、换热器的设计方法及计算技巧。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等。
在讲授基本原理和设计方法的同时，通过案例分析让学生了解换热器在实际工程中的应用，通过实验操作让学生亲手实践，加深对换热器原理的理解。
四、教学资源为了支持教学内容的实施，我们将准备丰富的教学资源，包括教材、参考书、多媒体资料、实验设备等。
教材和参考书将用于理论知识的讲解和拓展，多媒体资料将用于形象地展示换热器的工作原理和设计方法，实验设备则用于学生的实践操作。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等多个方面，以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。
平时表现主要考察学生的课堂参与度、提问回答等情况；作业则是对学生学习进度的实时跟踪，要求学生在规定时间内完成；考试则是检验学生对课程知识的掌握程度，包括期中和期末考试。
通过这些评估方式，教师能够全面了解学生的学习情况，为后续教学提供依据。
六、教学安排本课程的教学安排将根据课程内容和学生的实际情况进行设计。
教学进度将确保在有限的时间内完成所有教学任务，教学时间将合理安排，既不过于紧张，也不过于宽松。
教学地点将选择适合进行课程教学的环境，如教室、实验室等。
同时，教学安排还将考虑学生的作息时间、兴趣爱好等因素，以提高学生的学习效果。
七、差异化教学为了满足不同学生的学习需求，本课程将根据学生的不同学习风格、兴趣和能力水平进行差异化教学。
换热器课程设计
换热器课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握换热器的基本原理、类型、性能及计算方法，能够运用所学知识分析和解决实际工程问题。
具体目标如下：1.知识目标：（1）理解换热器的基本概念和作用；（2）掌握换热器的各种类型及其特点；（3）熟悉换热器的性能评价指标；（4）学会换热器的计算方法和步骤。
2.技能目标：（1）能够根据工程需求选择合适的换热器类型；（2）能够运用换热器计算方法进行分析；（3）具备绘制换热器原理图和流程图的能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对工程实践的认知和兴趣；（3）培养学生关注环保、节能等社会责任。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括换热器的基本原理、类型、性能及计算方法。
具体安排如下：1.第一章：换热器概述（1）换热器的定义和作用；（2）换热器的分类及特点；（3）换热器的基本性能评价指标。
2.第二章：换热器类型（1）表面式换热器；（2）对流换热器；（3）混合换热器；（4）蓄热换热器。
3.第三章：换热器性能（1）换热器的热传导方程；（2）换热器的传热系数；（3）换热器的效能和热损失。
4.第四章：换热器计算方法（1）换热器的尺寸计算；（2）换热器的流动阻力计算；（3）换热器的热负荷计算；（4）换热器的效率计算。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握换热器的基本原理和计算方法；2.案例分析法：分析实际工程中的换热器应用案例，提高学生的实践能力；3.实验法：安排实验室实践环节，让学生动手操作，加深对换热器的理解；4.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队合作精神和创新意识。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《换热器原理与应用》；2.参考书：相关领域的研究论文和书籍；3.多媒体资料：PPT课件、视频教程等；4.实验设备：换热器实验装置，流动阻力测试设备等。
课程设计单管程换热器
课程设计单管程换热器一、教学目标本节课的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握单管程换热器的基本原理、结构及其在工程中的应用；技能目标要求学生能够运用所学知识分析和解决实际问题；情感态度价值观目标要求学生培养对热工科学的兴趣，增强创新意识和团队合作精神。
通过分析课程性质、学生特点和教学要求，我们将目标分解为具体的学习成果。
首先，学生需要了解单管程换热器的工作原理，掌握其基本组成部分，如壳体、管束、换热介质等。
其次，学生应能熟练运用相关公式和图表计算换热器的性能参数，如热交换效率、温差等。
此外，学生还需具备一定的实验操作能力，能够进行换热器实验，观察并分析实验现象。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括单管程换热器的原理、结构和应用。
首先，介绍换热器的基本概念，解释单管程换热器的工作原理。
其次，详细讲解单管程换热器的结构组成，包括壳体、管束、换热介质等，并通过实物图片和模型展示，使学生更直观地理解。
然后，介绍单管程换热器在工程中的应用，如空调系统、加热器等，并通过案例分析，让学生了解换热器在实际工程中的重要性。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法。
首先，采用讲授法，系统地讲解换热器的原理、结构和应用。
其次，运用讨论法，引导学生探讨换热器在实际工程中的优缺点，培养学生分析问题的能力。
此外，通过案例分析法，让学生结合实际情况，了解换热器在工程中的应用。
最后，学生进行实验操作，运用实验法，使学生更直观地了解换热器的工作原理和性能。
四、教学资源本节课的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。
教材和参考书为学生提供理论知识的系统学习，多媒体资料则通过图片、视频等形式，丰富学生的学习体验。
实验设备则是学生进行实验操作的重要工具，通过实际操作，使学生更好地理解换热器的原理和性能。
在教学过程中，教师还需根据实际情况，选择合适的教学资源，以保证教学的顺利进行。
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− − +
30)
102 102
+ +
1 1
= 32.2
4.传热管排列和分程方法
采用正三角形排列。
取管心距 t = 1.25do ，则 t = 1.25× 25 ≈ 32mm
横过管束中心线的管数 nc = 1.19 N = 1.19 474 = 26（根） 5.壳体内径
按管间煤油计算，即
Q = ( W1cp1 T1 − T2 )
[ ] ( ) = 19.8×107 /(330× 24× 3600) × 2.22×103(140 − 40)
= 1.54×106 W
（二）计算冷却用水量
忽略热损失，则水的用量为
W2
=
Q
c p (t2 −
t1 )
=
1.54 × 106
4.174 × 103 (40 −
⎟⎞0.4 ⎠
= 0.023× 31.3× 2033.3×1.8812 = 2753.7W/m2 ⋅ °C
2.壳程给热系数
假设壳程给热系数 αo = 290W/m2 ⋅°C 3.污垢热阻
Rsi = 0.00042m2 ⋅°C/W 4.管壁的导热系数
Rso = 0.000172m2 ⋅°C/W
碳钢的导热系数 λ = 45W/m⋅°C
折流板数
NB
=
传热管长 折流板间距
−1
=
6000 300
−1
=
1（9 块）
折流板圆缺水平面安装。
7.接管
壳程流体（煤油）进出口接管：取接管内煤油流速为1.0m/s，则
接管内径
d=
4V = πu
4 ×19.8 ×107
/ 330× 24× 3.14 × 1.0
3600 ×
825
=
取标准管径为100mm。
规格：Ф19×2mm Ф25×2.5mm两种
长度：1.5m、2m、3m、6m，其中3m、6m较多用
换热器的基本参数
¾排列方式：
换热器设计实例
一、设计任务
——煤油卧式列管式冷却器的设计
1.处理能力：19.8×104 t / a 煤油； 2.设备形式：卧式列管式换热器。 二、操作条件
1.煤油：入口温度140℃，出口温度40℃； 2.冷却介质：为循环水，入口温度30℃，出口温度自选； 3.允许压降：不大于105Pa； 4.煤油在定性温度下的物性数据
4
× 0.008418 3.14 × 1.0
=
0.104m
管程流体（循环水）进出口接管，取接管内循环水的流速为
1.5m/s，则接管内径
d=
4V = πu
4× 36.93 / 994 3.14 × 1.5
=
0.178m
（取标准管径为200mm）
六、换热器核算
（一）热量核算 1.壳程对流给热系数
对于圆缺形折流板，可采用克恩公式
ρ = 825kg/m3， μ = 7.15×10−4 Pa ⋅ s，
c p = 2.22kJ/kg⋅ °C，λ = 0.14W/m ⋅ °C。
5.每年按330天，每天按24小时连续运行。
两流体均为无相变，本设计按非标准系列换热器的一般设计步骤进
行设计。
一、确定设计方案
（一）选定换热器类型
两流体温度变化情况：热流体（煤油）入口温度为140℃，出口温度为40℃
化工原理课程设计
换热器设计
中国石油大学（华东） 2015年8月
提纲
设计要求 如何切入设计任务 管壳式换热器的设计 EDR简介 Aspen Plus物性数据导入EDR过程
EDR的立式热虹吸再沸器设计
设计要求
1、通过手算完成塔顶冷凝器的设计 2、通过软件完成塔顶冷凝器的设计
并与手算结果对比 3、通过软件完成塔底再沸器的设计
2.管程数和传热管数
根据传热管内径和流速确定单程传热管数
ns
=
(π
/
V
4)d
2 i
ui
=
36.93 / 994 0.785 × 0.022 × 0.5
= 236.6 ≈ 237 （根）
按单管程计算所需换热管的长度
L
=
S
nsπd o
=
211.2 237 × 3.14 × 0.025
= 11.4m
按单管程设计，传热管过长，现取传热管长 l = 6m ，则该换热器
⎟⎟⎠⎞
=
0.020m
壳程流通截面积
So
=
BD⎜⎛1 − ⎝
do t
⎟⎞ ⎠
=
0.3× 0.9⎜⎛1 − ⎝
0.025 0.032
⎟⎞ ⎠
=
0.059m2
壳程流体流速、雷诺数及普兰德数分别为
uo
=
0.008418 0.059
=
0.143m/s
Reo
=
换热器的标准系列(GB151)
换热器型号的表示
换热器的标准系列(GB151)
示例
浮头式：
6
AES500-1.6-54- 25-4I
管程数
碳素钢较高级冷拔换热管 外径25mm,管长6m
公称传热面积(m2)
管程壳程公称压力(MPa)
壳体公称直径(mm)
前端管箱为平盖管箱 壳体形型为E型 后端结构型式为S型
+
⎜⎜⎝⎛
1
αi
+
Rsi
⎟⎟⎠⎞
⋅
do di
3.核算传热面积A ：
计算所需传热面积Ac ，与换热器实际面积Aa 相比，当 (Aa-Ac)/Ac=0.1～0.2，所选换热器适宜，否则重复前述步骤。
4.计算管、壳程压强降：
若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折 流板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压强降直至 满足要求为止。
= 13654 > 10000
故采用下式计算 αi
αi
=
0.023 λi di
⎛⎜⎜⎝
di ui ρi μi
⎞⎟⎟⎠0.8
⎛⎜⎜⎝
cpμ λ
⎟⎟⎠⎞0.4
=
0.023
0.626 0.020
⎜⎛ ⎝
0.020× 0.5× 994 0.000728
⎟⎞0.8 ⎠
⎜⎛ ⎝
4174
× 0.000728 0.626
管壳式换热器的设计
1.换热器型式的选择：
综合考虑冷热流体的温差、压力及管、壳程流体的性质； ¾ 固定管板式、U型管式、浮头式？ ¾ 卧放？立放？
轻烃、芳烃物系冷凝器：卧式壳程冷凝（蒸汽走壳，冷凝水走 管，卧放） 再沸器？
再沸器
结构：釜式再 沸器由一个部 分扩大的K型壳 体和可抽出的 加热管束所组 成，管束末端 有溢流堰。
+
0.000172
+
0.003448
= 214.5W/m2 ⋅°C
四、估算传热面积
S′ =
Q
KΔ tm,逆
=
1.54 ×106 214.5× 39.09
= 183.7m2
考虑15%的面积裕度，S = 1.15S′ = 1.15 ×183.7 = 211.2m2
五、工艺结构尺寸
1.管径和管内流速
选用的碳钢换热管 Φ 25× 2.5 ，管内流速 ui = 0.5m/s
的管程数为
N
p
=
L l
=
11.4 6
≈
（2 管程）
传热管的总根数 N = 237× 2 = 474（根）
3.平均传热t1
=
40 − 30 140 − 30
=
0.091
R
=
T1 t2
− T2 − t1
=
140 − 40 40 − 30
= 10
按单壳程双管程结构查单壳程ψ − P − R 图，
5.总传热系数
K
=
do
αidi
+
Rsi
do di
1 + bdo
λdm
+
Rso
+1
αo
=
0.025 2753.7 × 0.020
+
0.00042
0.025 0.020
1
+
0.0025× 0.025 45× 0.0225
+
0.000172
+
1 290
=
0.000454
+
0.000525
+
1 0.000062
固定管板式：
碳素钢较高级冷拔换热管外 径25mm,管长6m
管程数
BEM700-12..65
-54-
6 25
-4I
公称传热面积(m2)
管程-壳程公称压力(MPa)
壳体公称直径(mm)
前端管箱为封头管箱 壳体形型为E型 后端结构型式为M型
换热器的基本参数
¾ 公称压力、传热面积、管子排列方式、管长、 管外径、管子总数、管程数、壳程数、管程与壳 程流通面积、折流板间距、折流板缺口拱高等。 ¾管子规格： 管子的规格及排列方式：
冷流体（冷却水）入口温度为30℃，出口温度选为40℃
两流体的定性温度如下：
煤油的定性温度 冷却水定性温度 两流体的温度差
Tm = (140 + 40)/ 2 = 90o C
tm = (30 + 40)/ 2 = 35o C
Tm − tm = 90 − 35 = 55o C
（>50℃，<70℃）
因该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时冷却水进口温度会降低，因此壳体