换热器课程设计

换热器课程设计

目录

1 设计任务书……………………………………………………………4

1.1 设计任务………………………………………………………………4

1.2 设计项目……………………………………………………………4

1.3 设计图……………………………………………………………4

2 设计说明书……………………………………………………………4

2.1换热器的选型…………………………………………………………4

2.1.1 列管式换热器………………………………………………………4

2.1.2 固定管板式换热器…………………………………………………5

2.1.3 浮头式换热器………………………………………………………5

2.1.4 U型管式换热器……………………………………………………6

2.1.5 填料函式换热器……………………………………………………6

2.2换热器内冷热流体通道的选择…………………………………………6

2.3流体流速的选择………………………………………………………7

2.4换热管的选择…………………………………………………………7

2.5流体进出口温度的初步确定……………………………………………8

3工艺计算……………………………………………………………9

3.1确定总传热量…………………………………………………………9

3.2确定冷却剂的流量……………………………………………………10

3.3有效平均温差…………………………………………………………10

3.4管内空气侧传热系数h_i的计算…………………………………………10

3.5管外水侧传热膜系数的计算……………………………………………11

3.6总的传热系数的计算…………………………………………………12

3.7换热器所需要的管子数n……………………………………………12

3.8设计计算的校核……………………………………………………12

4设备计算及选型………………………………………………………14

4.1管子在管板上的固定方式……………………………………………14

4.2管程分布与管子排列…………………………………………………14

4.3分程隔板的连接………………………………………………………14

4.4管板与壳体的连接……………………………………………………14

4.5折流挡板……………………………………………………………14

4.6拉杆……………………………………………………………15

5 机械设计

5.1壳体壁厚…………………………………………………………15

5.2水压校核……………………………………………………15

5.3管板参数…………………………………………………………16

5.4折流板的计算…………………………………………16

5.5接管与管法兰……………………………………………17

5.6封头设计…………………………………………………18

5.7支座设计……………………………………………18

6设计计算结果汇总表…………………………………………………18

7设计总结……………………………………………………………19

参考文献……………………………………………………………20

符号说明………………………………………………………………… 21

1设计任务书

1.1设计任务

  原始数据：

  1）空气

处理量 ：体积流量Vh=20000 m³/h             操作压强 ：1.3Mpa（绝对压）

空气进口温度 ：270 ℃                       出口温度 ：50 ℃

  2）冷却剂 ：常温下的水

水进口温度： 25 ℃                          出口温度： 75 ℃  

1.2设计项目

1) 确定设计方案，确定冷却器型式，流体流向和流速选择，冷却器的安装方式等。

2) 工艺设计：冷却器的工艺计算和强度计算，确定冷却剂用量，传热系数，传热面积，换热管长，管数，管间距，校对压降等。

3) 结构设计：管子在管板上的固定方式，管程分布和管子排列，分程隔板的连接，管板和壳体的连接，折流挡板等。

4) 机械设计：确定壳体，管板壁的厚度尺寸，选择冷却器的封头、法兰、接管法兰、支座等。

5) 附属设备选型。

1.3 设计图

 1）主体设备图

 2）平面布置图

 3）工艺流程图

2 设计说明书

2.1换热器的选型

本设计任务是利用冷流体（水）给热空气降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。

    选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洗，复合实际需要等原则。不同的换热器适用于不同的场合。换热器的选择涉及的因素很多，如换热流体的腐蚀性及其他特性，操作温度与压力，换热器的热负荷，管程与壳程的温差，检修与清洗要求等。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选间壁式换热器中的列管式换热器作为设计基础。

2.1.1 列管式换热器

    在化工企业中列管式换热器的类型很多，如板式，套管式，蜗壳式，列管式。其中列管式换热器虽在热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不如板式换热器，但它却具有结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广等特点，因此成为石油、化工生产中，尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构形式。列管式换热器主要有固定管板式换热器、浮头式换热器、填函式换热器和U型管式换热器，而其中固定管板式换热器由于结构简单，造价低，因此应用最普遍。

2.1.2 固定管板式换热器

    这类换热器操作简单、便宜。最大的缺点是管外侧清洗困难，因而多用于壳侧流体清洁，不易结垢或污垢容易化学处理的场合。当壳壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器，因此，一般管壁与壳壁温度相差50℃以上时，换热器应有温差补偿装置，图为具有温差补偿圈（或称膨胀节）的固定管板式换热器。一般这种装置只能用在壳壁与管壁温差低于60~70℃和壳程流体压强不高的情况。壳程压强超过6×105Pa时，由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿作用，就应考虑采用其他结构。

2.1.3 浮头式换热器

  用法兰把管束一侧的管板固定到壳体的一端，另一侧的管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩。这种形式的优点是当前两侧传热介质温差较大时，不会因膨胀产生温差压力，且管束可以自由拉出，便于清洗。缺点是结构复杂，造价高。

2.1.4 U型管式换热器

 此类换热器只有一个管板，管程至少为两程。由于管束可以取出，管外侧清洗方便，另外，管子可以自由膨胀。缺点是U型管的更换及管内清洗困难。

    考虑到换热器管壁与壳壁温差不超过50 ℃，而且应用广泛，操作简单、方便。用水冷却氨气不易结垢，所以选择带有补偿圈的固定管板式换热器。

2.1.5 填料函式换热器

填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。

2.2 换热器内冷热流体通道的选择

     冷、热流体流动通道的选择的一般原则：

     1）不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。

     2）腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。

     3）压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。

    4）饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较清洁，表面传热系数与流速      无关，而且冷凝液容易排出。

    5）流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程Re>100即可达到湍流。但这不是绝对的，如流动阻力损失允许，将这类流体通入管内并采用多管程结构，亦可得到较高的表面传热系数。

    6）若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将表面传热系数大的流体通入壳程，以减小热应力。

    7）需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。

综上所述本冷却器的管程走压缩后的热空气，壳程走冷却水。热空气和冷却水逆向流动换热。

   （1）因为热空气的操作压力达到1.3Mpa，而冷却水的操作压力取0.2Mpa，如果热空气走管内可以避免壳体受压，可节省壳程金属消耗量；

  （2）对于刚性结构的换热器，若两流体的的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与对流表面传热系数大的流体温度相近，可以减少热应力，防止把管子压弯或把管子从管板处拉脱。

  （3）热空气走管内，可以提高热空气流速增大其对流传热系数，因为管内截面积通常比管间小，而且管束易于采用多管程以增大流速。

2.3流体流速的选择

 流体在管程或壳程中的流速，不仅直接影响表面传热系数，而且影响污垢热阻，从而影响传热系数的大小，特别对于含有泥沙等较易沉积颗粒的流体，流速过低甚至可能导致管路堵塞，严重影响到设备的使用，但流速增大，又将使流体阻力增大。因此选择适宜的流速是十分重要的。根据经验，表1及表2列出一些工业上常用的流速范围，以供参考。

表3—1列管式换热器内常用的流速范围       表3—2不同粘度液体流速

 

查阅《化工原理（上）》^[1]P201表4－9 可得到，热空气的流速范围为5～30 m·s^-1；冷却水的流速范围为0.2～1.5 m·s^-1。初步选择：热空气的流速为10.0 m·s^-1， 冷却水的流速为0.5 m·s^-1。

2.4换热管的选择

  选用较小直径的管子，可以提高流体的对流给热系数，并使单位体积设备中的传热面积增大，设备较紧凑，单位传热面积的金属耗量少，但制造麻烦，小管子易结垢，不易清洗，可用于较清洁流体。大管径的管子用于粘性较大或易结垢的流体。

  我国列管式换热器常采用无缝钢管，规格为外径×壁厚，常用的换热管的规格：φ19×2，φ25×2.5，φ38×3。

在此项目设计中选择换热管的规格为φ25×2.5碳钢管

2.5流体进出口温度的初步确定

    管内流体（空气）：

    体积流量：V_h=20000m³/h=5.56m³/s（标准状态）

    进口温度：t₁=270℃    出口温度：t₂=50℃

  操作压力：P_h=1.3Mpa  设计压力：P_dh=1.4Mpa

    管外流体（冷却水）：

    进口温度：T₁=25℃    出口温度：T₂=75℃

    操作压力：P_c=0.2Mpa  设计压力：P_dc=0.3Mpa

    空气物性：

   （1）空气的定性温度 ： ℃

   （2）空气的设计压力：P_dh=1.4Mpa

    查阅《化工原理（上）》^[1]的附录三（P268）：干空气的物理性质（101.33Kpa）和附 录七，运用内插法：

   （3）导热系数：λ_h=0.03637 W·m^-1·℃^-1

   （4）粘度：μ_h=2.45x10^-5Pa·s

   （5）定压比热容：C_p，h=1017J/（㎏·K）

   （6）密度校正ρ_h=1.293＝1.293×(1.4MPa/0.101MPa)×273/(273+160)＝11.30 kg·m^-3        

    冷却水的物性:

   （1）冷却水的定性温度 ： ℃

   （2）冷却水的设计压力：P_dc=0.3Mpa

  查阅《化工原理（上）》^[1]的附录二（P261）水的物理性质。运用内插法：

   （3）导热系数：λc=0.6473W/m.k

   （4）粘度：μ=5.49x10^-4Pa?s

   （5）定压比热容：Cp，h=4174J/㎏?K

   （6）密度校正：ρc=988.1 kg/m³

 空气与冷却水的物理性质表：

3工艺计算

3.1确定总传热量

  热负荷分为两种，即工艺热负荷和设备热负荷，工艺热负荷是指工艺上要求的在单位时间内需要对物料加入或取出的热量，用QL表示，单位为W。设备热负荷是热交换器所具备的换热能力，所以设备热负荷也就是热交换器的传热速率Q。当热损失不可忽略时，为满足工艺要求，Q应大于QL。
    由热量衡算得到的是工艺热负荷QL。如果流体不发生相变化，比热取平均温度下的比热，则有：
                              

    式中 ：W---流体的质量流量，kg/h；
    ----流体的平均定压比热，kJ/(kg?℃);
    T----热流体温度，℃；
    t----冷流体温度，℃；
   （下标h和c分别表示热流体和冷流体，下标1和2表示热交换器的进口和出口）式3-29是热交换器的热量衡算式，也称为热平衡方程。若流体在换热过程中有相变，例如饱和蒸汽冷凝成同温度冷凝液时，则有：
                              
   式中----饱和蒸汽的冷凝速率，kg/h；
       r----饱和蒸汽的冷凝潜热，kJ/kg；
    为满足工艺要求，应该使热交换器的传热速率等于或略大于工艺热负荷，
即：Q≥QL                      

Ql=WcCpc(t₂-t₁)=V_cρC_p，c（t₂-t₁） 【来自[1]P214】

   空气体积流量：Vc=5.56m³/s

单位时间的总传热量：

Q=V_hρC_p，h（t₁-t₂）=5.56x11.30x1017x（270-50）=1.41x10^-7 J

3.2确定冷却剂的流量

根据上面的公式Q=V_cρC_p，c（T₂-T₁）得到

V_C=1.41x10^-7 /[988.1x4174x(75-25)]=0.068 m³/s

3.3有效平均温差

  =      【来自[1]P182（4-124）】

（2）温度校正系数：

平均传热温差校正系数,查阅《传热过程与设备》^[2]得

  

                【来自[2]P61( 3-9)】

温度校正系数为查《传热过程与设备》^[2]P61图3-10得

F_Tx=0.82

    于是得传热温差校正值为：Δt=F_TxΔt_m=0.82x82.77=67.87 ℃

又因为F_T>0.8；所以应该采用单壳程Ns=1。

3.4管内空气侧传热系数h_i的计算

    （1）选用φ25×2.5mm的传热管(碳钢管)；

（2）空气流速：u_h＝10m/s

（3）空气总的流通截面积：S=V_h/u_h=5.56/10=0.556m²

（4）雷诺数Re的计算

==92244.89

可得，流体流动形态为湍流

（5）普兰特准数Pr、对流传热系数h_i

 ==0.685

A1=0.023λ/dRe^0.8x=0.023xxx0.03637/0.02=350.01W/(m²·℃)

3.5管外水侧传热膜系数的计算

（1）由[1]P226得，管间距：s=32mm

（2）换热管长：取管长L=6m

（3）依据传热管内径和流速确定单程传热管数

     

     n=V_h/（u_hπr²）=5.56/（10x3.14x0.01²）=1770.7≈1771 (根)

（4）计算外壳直径

由[1]P203,4-129得

D_i=s（Ne-1）+2b

管子按正三角形排列时，横过中心管束中心线的管数：

Ne=1.1=65.47≈66根

b=（1~1.5）d_o  取b=1.5d_o=37.5mm

即：D_i=s（Ne-1）+2b=32x（66-1）+2x37.5=2155mm

查阅《化工设备机械基础》^[4]P126，表9-3，采用16MnR钢板(GB3274)，其中钢密度＝7850kg·m³

由P_c＝1.2P=1.68MPa， D_i＝2155mm，再查阅[4]P124，表9-6,对壳体与管板采用单面焊，当全部无损探伤时，焊接接头系数＝0.7。

查阅《化工设备机械基础》P124，表9-4, 碳素钢、普通低合金钢板许用应力，得：[]^t=170MPa ，σ_s＝345MPa

＝（1.68x2.155)/（2x170x0.7-1.68）≈15.32(mm)

查阅《化工设备机械基础》P127，表9-10,钢板厚度负偏差，取C₁＝0.8mm， C₂＝1mm。圆整后：  δ_n=15.32+0.8+1＋△≈20(mm)

采用公称直径为D=φ2200x22.5mm

 (5)当管子为正三角形排列时：

     d_e＝＝＝0.0202 m     【来自[1]P106】

    两折流挡板距离：H=（0.2~1.0）D=100~500 取H=0.3m

板数N_B=L/H-1=6/0.3 -1=19

    （6）水在两折流挡板间的最大截面积：

     A=HD_i（1-d_o/s）=0.3x2.2x（1-0.025/0.032）=0.14m²

    （7）壳程冷却水的流速：

      u_c=V_c/A=0.068/0.14=0.49m/s

 （8）雷诺数：

    Re==988.1x0.49x0.0202/0.000549=17638.21

    2000<Re<100000，在应用范围内，可选用。

 （9）普兰特准数Pr和对流传热系数h_0:：

Pr==4174x0.000549/0.6473=3.54       【来自[1]P153 表4-1】

    A2= 0.023λ/dRe^0.8x=0.023xxx0.6473/0.02=3080.12W/(m²·℃)【来自[1]P156】

3.6总的传热系数的计算

由《化工原理（上）》P210查表6-6得

冷却水侧的热阻R_so＝0.000172m²·℃·W^-1

热空气侧的热阻R_si＝0.000344m²·℃·W^-1

钢的导热系数λ＝45W·m^-1·℃^-1

可得：       【来自 [1]P211（6-118）】

推出K_i =302.98W/(m²·℃)

由S_i=Qi/（KiΔt_m）=14100000/（302.98x82.77)=562.25m²

S_i’=1.15Si=646.59m²

3.7换热器所需要的管子数n

     n=S_i/（3.14xLxd_i）=646.59/(3.14x0.02x6)=1716根

    加上4条拉杆，管板1720个孔

3.8设计计算的校核

（1）热空气流速:

    U_h=V_h/（3.14nr²）=5.56/(1976x3.14x0.01²)=10.32m/s，

热空气验证速度稍大于假设的速度10m/s，符合设计要求

管程数N_p=2较适宜

  （2）管程压降

管内流体：     (11.3x0.02x10.32)/2.45x10^-5=9.52x10⁴>10⁵

由顾毓珍光滑管公式：λ_i=0.0056+=0.02     【来自[1]P46（1-105）】

直管部分的压降：

△p₁==0.02x(6/0.02)x(10.32²/2)x11.30 = 3610.43Pa

    弯管回路中的压降：

△p₂＝=3x10.32²/2x11.30＝902.16 Pa   【来自[1]P204（4-133）】

    总压降：∑△p_i＝（△p₁+△p₂）F_t N_s N_p＝（3610.43+902.16）×1.5×1×2

＝12636.51Pa< 1.3MPa（符合设计要求）

    其中， F_t为结垢校正系数，取1.5；

N_s为串联壳程数，取1；N_p为管程数，取2。

   （3）壳程压降

△^’p₁=Ff_on_c(N_B+1)                     【来自[1]P204（4-135）】

其中：F=0.5

f_o=5.0×（17638.21）^-0.228=0.54

n_c=66

N_B=19

u_o=0.49m/s

△^’p₁=0.5×0.54×66×(19+1)×(988.1×0.49²)/2 ＝42276.67Pa

△^’p₂＝N_B（3.5－）                      【来自[1]P205(4-136)】

＝19×（3.5－2x0.3/2.155）×(988.1×0.49²)/2＝7260.81Pa

总压降：∑△p_o＝（△^’p₁＋△^’p₂）Fs Ns

＝（42276.67+7260.81）×1.15×1

＝56968.10Pa < 1.3MPa（符合设计要求）

    其中，Fs为壳程压强降的校正系数，对于液体取1.15；

Ns为串联的壳程数，取1。

4设备计算及选型

4.1管子在管板上的固定方式

采用焊接法在管板上固定管子，其优点是：焊接连接能保持连接的紧密性；管板孔加工要求低，可节省孔的加工工时；焊接工艺比胀接工艺简单；在压力不太高可使用较薄的管板。由《换热器设计手册》^[5]P172，表1-6-20，管子伸出长度约为3+2=5mm，管子与管孔间保留2mm的距离，防止管子受热膨胀，使管板受压变形。

4.2管程分布与管子排列

    管束分程时主要依据：要尽量采用偶数管程（单管程除外）；各程换热管数应大致相等；相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃；各种程间的密封长度应最短；分程隔板的形式应简单。

本设计中选用双管程。

   管子的排列方式选正三角形排列，其优点如下：三角形排列紧凑，传热效果好，同一板子上管子比正方形多排10%左右，同一体积传热面积更大。

管间距：s=32mm

总管数：1716根

拉杆数：m=4根

开孔数：1720个

4.3分程隔板的连接

    查阅《化工单元过程及设备课程设计》^【3】P127，表4-1，可知

    当设计换热器的公称直径D_i=2200mm时，隔板最小厚度b_min=8mm，取b=10mm。

4.4管板与壳体的连接

 管板兼做法兰，固定板与壳体采用不可拆焊接式，管板与封头采用法兰连接。

4.5折流挡板

 本次设计的冷却器采用弓形折流板。取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，

即h=0.25x2200=550mm，H=300mm，N_B=6000/300-1=19块

4.6拉杆

    本换热器壳体内径为500mm，查阅《化工单元过程及设备课程设计》P135，表4-7，表4-8，得：

          拉杆直径：d=16mm； 拉杆螺纹公称直径：d_n=16mm；

          前螺纹长：L_a=20mm；后螺纹长L_b=60mm；

          拉杆数：4

5 机械设计

5.1壳体壁厚          

查阅《化工设备机械基础》^[4]P126，表9-3，采用16MnR钢板(GB3274)，其中钢密度＝7850kg·m³

由P_c＝1.2P=1.56MPa， D_i＝500mm，再查阅[4]P124，表9-6,对壳体与管板采用单面焊，当全部无损探伤时，焊接接头系数＝0.7。

查阅《化工设备机械基础》P124，表9-4, 碳素钢、普通低合金钢板许用应力，得：[]^t=170MPa ，σ_s＝345MPa

＝（1.56x0.5/（2x170x0.7）-1.56）≈3.3(mm)

查阅《化工设备机械基础》P127，表9-10,钢板厚度负偏差，取C₁＝0.8mm， C₂＝1mm。圆整后：  δ_n=3.3+0.8+1＋△≈10(mm)

5.2水压校核

   由《化工设备机械基础》P130，公式（9-8），（9-10），得：

         

=

=79.92MPa

   而0.9φσ_s=0.9×0.85×345=263.93MPa

因为<0.9φσ_s，所以水压试验时强度足够。

5.3管板参数

根据壳体内径尺寸，以及壳程压力小于管程压力，查阅《换热器设计手册》P154，表1-6-11（A） 管板尺寸表具体参数列于下表：

                    

注：管板体积

=0.0125m³

单块管板质量：m=0.0125×7850＝98.125kg

5.4折流板的计算

查阅《热换器设计手册》P181-182，表1-6-26和表1-6-33得：

折流板直径：D_a=500-4.5-0.5（允许偏差0.5）=495mm

折流板切去面积的弓形高度：h_a=0.25x500=125

折流板厚度：查表可知其最小值为5mm，故取δ=8mm

圆缺部分面积：=C×=0.15615×0.495²＝0.03826 【来自[5]P184】

其中C由h_a/D_a=0.253查表1-6-35得C=0.15615。

折流板体积：

 xδ

=0.000633m³

折流板质量：9x0.000633x7850=44.72Kg

由国家标准【GB151-1999】，表17，管孔直径d₁=25+0.4=25.4mm；

由国家标准【GB151-1999】，5.6.5.1（15），拉杆孔直径d₂=16+1=17mm；

n₁：管孔数量,132；

n₂：拉杆孔数量，4。

5.5接管与管法兰

根据[1]P204 接管公式，同时也考虑到接管内的流体流速为相应管、壳程流速的1.2~1.4倍，得

（1）壳程流体进出口接管：取接管内的水流速u_i=1.8m/s，则

=（4x0.0138/3.14/1.8）^1/2=98.8mm

取标准管径为125mm，查《材料与零部件（上）》^[6]P123无缝钢管（YB231-70）表1-1-86，

外径=108mm，管厚=4mm；P655表2-8-1，伸出高度=150mm

进水口采用凸法兰，出水口采用凹法兰，查阅《材料与零部件（上）》P384，表2-2-23，取

法兰直径＝205 mm

厚度b=18mm

螺栓孔间距D₁＝170mm

孔直径＝18mm

法兰重量：凹法兰＝6.04kg

凸法兰=6.9kg，

螺栓规格：M16

螺栓数量：4。

（2）管程流体进出口接管：取接管内空气的流速为 u_o= 15 m/s，则

=（4x0.2/3.14/15）=130.33mm

取标准管径为125mm，查《材料与零部件》P123无缝钢管（YB231-70）表1-1-86，

外径=159mm，管厚=4.5mm；P655表2-8-1，伸出高度=150mm

进气口采用凹法兰，出气口采用凸法兰，查阅《材料与零部件(上)》P384，表2-2-23，取

法兰直径＝280 mm

厚度b=28mm

螺栓孔间距D₁＝240mm

孔直径＝23mm

法兰重量：凹法兰＝7.34kg

凸法兰=8.5kg，

螺栓规格：M16

螺栓数量为8。

5.6封头设计

（1）封头

本换热器采用椭圆型封头（JB1154-73）两个，材料使用高合金钢，以内径为公称直径，D=500mm。查阅《传热传质过程设备设计》P307，总附表3，得：

            曲面高度h₁=125

直边高度h₂=25

内表面积A=0.309m²

 

（2）管箱

             管箱长度L=360，

管箱外径=500

壁厚=10mm

             管箱质量：m=3.14x0.5x0.3x0.008x7850=29.58Kg

管的总长=3682mm

（3）法兰

      查阅《材料与零部件（上）》P386，表2-2-22，采用凹法兰，在公称压力为1.0-1.6Mpa范围内，选取的法兰参数D=640mm，公称直径=500，孔间距D₁=600。孔直径d₂=23mm，厚度b=42mm，所用螺栓规格M20，螺栓数目24。

一个法兰焊接在管箱，再与前管板连接；另一个法兰焊接在封头，与后管板连接。

5.7支座设计

查阅《材料与零部件（上）》P627-628，表2-7-1鞍式支座尺寸，得

当公称直径=500mm时，L=460，B=120，b=90，m=200，质量=14.84Kg

换热器总长=3682mm

6 计算结果汇总表

换热器的工艺计算及结构设计的主要结果和主要尺寸汇总于下表：

7 设计总结

当初此当初次接触化工原理课程设计，还荒谬地以为是像其他课程一样是实验类的，听课的时候也一头雾水，根本不知道该做什么，该怎么做，无从下手，只是觉得好难。 尤其是做过化工设计之后，觉得换热器设计挺简单的，可实际上当我真的开始做设计的时候，才发现自己的知识有多么的不充实。

所以自己设计的时候只能是根据老师提供的模板，用新的数据代替旧的数据，其他的公式完全照抄，花了好久的时间，终于把计算部分完成了。再细看模板和自己的设计的时候，发现了很多问题，我的设计根本是行不同，果真用这设计的话，也是谋财害命。

在整个设计过程中，遇见了很多的困难，不知道怎样开始，不知道怎样根据老师的模板设计，尤其是做到了工艺计算中的物料衡算和热量衡算的时候完全不知道怎么样开始，只有自己开始琢磨，想了好久好久查阅了化工原理等资料，才知道怎样设计。

因此，有花了好多的时间在计算上。

那么接下来就是画图了，由于学过机械制图还有AUTO CAD，以为画图比较简单，一天左右可以完成，谁知道，画图更难，这主要是因为在设计的时候，没有兼顾考虑到画图，因此设计出来的管数很难安排，冥思苦想了好久，换了好多方案，查了好多资料，换了多种排列方法，还是行不通。

最终，只好把管数安排成易于排列的数目，才解决了这个问题。其实， 在整个的设计过程中，自己还是学习到了很多的知识，比如对知识的掌握，对软件的运用，对公式文档的编排与设计，都有了很大的进步。相信通过了这次的化工原理设计，自己在以后的学习生活中将会有很大的益处。

参考文献

【1】钟理，伍钦，马四朋.《化工原理（上）》. 北京，化学工业出版社，2008.8.

【2】邹毕生，钟理，伍钦等《传热传质过程设备设计》.华南理工大学出版社.2007.6

【3】匡国柱. 《化工单元过程及设备课程设计》. 北京，化学工业出版社，2002

【4】赵军. 《化工设备机械基础》. 北京，化学工业出版社. 2000.

【5】钱颂文. 《换热器设计手册》，北京，化学工业出版社，2002.8

【6】《材料与零部件（上）》. 上海科学技术出版社. 1982.7.

【7】  贾绍义 柴诚敬 主编《化工原理课程设计》，天津大学出版社，第1版，20##年8月，35页至59页

【8】 陈南英 刘玉兰 主编《常用化工单元设备的设计》，华东理工大学出版社，第1版，20##年4月，41~42页：2.3.4折流板和支撑板

【9】  蒋维钧  余立新 主编《化工原理—流体流动与传热》，北京，清华大学出版社，第1版，20##年10月

【10】  钱颂文 主编《换热器设计手册》，化学工业出版社，第1版，20##年8月，34页

符号说明

英文字母

：传热面积，㎡                  

A’：计算所需传热面积，㎡          

: 管心距，mm                    

B ：折流板间距，mm

b ：管壁厚度，m

Cp : 比热容，J/kg℃

 :换热器壳内径，

:壳程当量直径，m

:导热管外径，

:导热管内径，

F ：管子排列方法对压力降的修正字数，0.5

Fs ：壳程压力降的结垢修正系数，1.15

 ：结构校正因素（对25 2.5mm的管子，1.4）

fo ：壳程流体摩擦因数，fo =

h ：折流板圆缺高度，mm

：总传热系数，W/㎡℃

:管子长度，m

NB ：折流板数 

：管程数

:串联的壳程数

 ：总管数

nc ：管束中心线上的管数

P，R ：校正系数Δt的辅助量 

Pr ：普朗特常量

 : 壳程压力降，

: 流体横过管束的压力降，

:流体通过折流板缺口的压力降，

 ：管程压力降，

: 流体流过直管由摩擦引起的压力

：流体流经管箱进出口的压力降，

：流体经回弯管由摩擦引起的压降，

Q：热负荷，J

qm : 质量流量，kg/h   

qv ：体积流量，m³/s

 :雷诺数 

：污垢热阻，㎡℃/ W

T ：热流体温度，℃  

 : 壳程温度，℃

t ：冷流体温度，℃    

tw：换热管壁温，℃

:传热平均温度差，℃

:校正平均温度差，℃

u ：流体的流速，m/s              

uo ：按壳程流通截面积Ao计算的流速，m/s

希腊字母

o：管外传热膜系数，W/㎡℃

：管内传热膜系数，W/㎡℃

Δt:校正系数

：管板利用率

: 导热率，W/m℃                

：摩擦因数，=64/Re

：流体粘度， 

：密度，m³/kg