⽬录
§⼀.任务书 (2)
1.1.化⼯原理课程设计的重要性
1.2.课程设计的基本内容和程序
1.3.列管式换热器设计内容
1.4.设计任务和操作条件
1.6.设计进度
1.7.设计成绩评分体系
中央一号文件为何如此聚焦三农§⼆.概述及设计要求 (4)
2.1.换热器概述
2.2.固定管板式换热器
2.3.设计要求
§三.设计条件及主要物理参数 (5)
3.1.初选换热器的类型
3.2.确定物性参数
3.4.管程安排(流动空间的选择)及流速确定
3.5.计算总传热系数
3.6.计算传热⾯积
§四. ⼯艺设计计算 (9)
4.1.管径和管内流速
4.2.管程数和传热管数
4.3.平均传热温差校正及壳程数
4.4.换热管选型汇总
4.5.换热管
4.6.壳体内径
4.7.折流板
4.8.接管
4.9.壁厚的确定、封头
4.10.管板
§五.换热器核算 (14)
5.1.热量核算
5.2.壁温核算
5.3.流动阻⼒核算
§六. 设计结果汇总 (18)
§七. 设计评述 (19)
§⼋. ⼯艺流程图 (19)
§.九.符号说明 (21)
§.⼗.参考资料 (22)
§⼀.化⼯原理课程设计任务书
1.1.化⼯原理课程设计的重要性
化⼯原理课程设计是学⽣学完基础课程以及化⼯原理课程以后，进⼀步学习⼯程设计的基础知识，培
养学⽣⼯程设计能⼒的重要教学环节，也是学⽣综合运⽤化⼯原理和相关选修课程的知识，联系⽣产实际，完成以单元操作为主的⼀次⼯程设计的实践。通过这⼀环节，使学⽣掌握单元操作设计的基本程序和⽅法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选⽤公式和数据，运⽤简洁⽂字和⼯程语⾔正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学⽣养成尊重实际问题向实践学习，实事求
是的科学态度，逐步树⽴正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的⼯作作风，提⾼学⽣综合运⽤所学的知识，独⽴解决实际问题的能⼒。
1.2.课程设计的基本内容和程序
化⼯原理课程设计的基本内容有：
1、设计⽅案简介：对给定或选定的⼯艺流程、主要设备的型式进⾏简要的论述。
2、主要设备的⼯艺计算：物料衡算、能量衡算、⼯艺参数的选定、设备的结构设计和⼯艺尺⼨
的设计计算。
3、辅助设备的选型：典型辅助设备主要⼯艺尺⼨的计算，设备规格型号的选定。
4、⼯艺流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备与辅助设备的物料⽅向、物流量、主要测
量点。
5、主要设备的⼯艺条件图：图⾯应包括设备的主要⼯艺尺⼨，技术特性表和接管表。
6、编写设计说明书：可按照以下⼏步进⾏：
⒈课程设计准备⼯作
①有关⽣产过程的资料；
钢筋混凝土容重②设计所涉及物料的物性参数；
③在设计中所涉及⼯艺设计计算的数学模型及计算⽅法；
④设备设计的规范及实际参考图等。
⒉确定设计⽅案
⒊⼯艺设计计算
⒋结构设计
⒌⼯艺设计说明书
⑴封⾯：课程设计题⽬、学⽣班级及姓名、指导教师、时间。
⑵⽬录
⑶设计任务书
济南丝足
⑷概述与设计⽅案的简介
⑸设计条件及主要物性参数表
⑹⼯艺设计计算
⑺辅助设备的计算及选型
⑻设计结果汇总表
⑼设计评述
几何图形拼贴画⑽⼯艺流程图及设备⼯艺条件图
⑾参考资料
⑿主要符号说明
以上即为我们在课程设计中所涉及的主要内容。
1.3.列管式换热器设计内容
1.3.1、确定设计⽅案
1.3.2、确定物性参数
1.3.3、估算传热⾯积
（1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热⾯积；（4）冷却⽔⽤量
1.3.4、⼯艺结构尺⼨
（1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）传热管排列和分程⽅法；（5）壳体内径；（6）折流板；（7）其它附件；（8）接管
1.3.5、换热器核算
（1）传热能⼒核算；（2）壁温核算；（3）换热器内流体的流动阻⼒ 1.4.设计任务和操作条件
某⼚⽤井⽔冷却从反应器出来的循环使⽤的有机液。欲将6000kg/h的植物油从140℃冷却到40℃，井⽔进、出⼝温度分别为20℃和40℃。若要求换热器的管程和
壳程压强降均不⼤于35kPa，试选择合适型号的列管式换热器。定性温度下有机液的物性参数列于附表中。
附表
项⽬密度，kg/m3 ⽐热，KJ/(k g·℃)粘度，P a·s热导率，kJ/(m·℃)
植物油950 2.261 0.7420.172
1.5.主要设备结构图（⽰例）
根据设计结果，可选择其它形式的列管换热器。
1.6.设计进度
1. 设计动员，下达设计任务书；搜集资料，阅读教材，拟定设计进度 1天；
2.设计计算（包括电算，编写说明书草稿）2-3天；
3.绘图2天；5.整理，抄写说明书 1天；6.设计⼩结及答辩 1天。
1.7.设计成绩评分体系
考核成绩分为五档：优秀（90-100分）、良好（80-89分）、中等（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（＜60分）。
§⼆.概述及设计要求
2.1.换热器概述
换热器是化⼯、炼油⼯业中普遍应⽤的典型的⼯艺设备。在化⼯⼚，换热器的费⽤约占总费⽤的10%～20%，在炼油⼚约占总费⽤35%～40%。换热器在其他部门如动⼒、原⼦能、冶⾦、⾷品、交通、环保、家电等也有着⼴泛的应⽤。因此，设计和选择得到使⽤、⾼效的换热器对降低设备的造价和操作费⽤具有⼗分重要的作⽤。
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
换热器的类型按传热⽅式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应⽤最⼴泛，如表2-1所⽰。
表2-1 传热器的结构分类
类型特点
间壁式管
壳
式
列
管
式
固定管
式
刚性结构
⽤于管壳温差较⼩的情况（⼀般≤50℃），管间不能清
洗
带膨胀节有⼀定的温度补偿能⼒，壳程只能承受低压⼒
浮头式管内外均能承受⾼压，可⽤于⾼温⾼压场合
U型管式管内外均能承受⾼压，管内清洗及检修困难填料函
式
外填料函
管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压⼒较⾼的
介质
内填料函密封性能差，只能⽤于压差较⼩的场合
釜式壳体上部有个蒸发空间⽤于再沸、蒸煮
双套管式
结构⽐较复杂，主要⽤于⾼温⾼压场合和固定床反应器
中
kuli
套管式
能逆流操作，⽤于传热⾯积较⼩的冷却器、冷凝器或预
热器
螺旋管式
沉浸式⽤于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热
喷淋式只⽤于管内流体的冷却或冷凝
板
⾯
式
板式
拆洗⽅便，传热⾯能调整，主要⽤于粘性较⼤的液体间
换热
螺旋板式
可进⾏严格的逆流操作，有⾃洁的作⽤，可⽤做回收低
温热能
伞板式结构紧凑，拆洗⽅便，通道较⼩、易堵，要求流体⼲净
板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压⼒不能太⾼混合式适⽤于允许换热流体之间直接接触
蓄热式
换热过程分阶段交替进⾏，适⽤于从⾼温炉⽓中回收热
能的场合
2.2.固定管板式
因设计需要，下⾯简单介绍⼀下固定管板式换热器。
固定管板式即两端管板和壳体连结成⼀体，因此它具有结构简单造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳⽅流体应是较为洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较⼤时，应考虑
热补偿。有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上⼀个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发⽣弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿⽅法简单，但不宜⽤于两流体温度差太⼤（不⼤于70℃）和壳⽅流体压强过⾼（⼀般不⾼于
600kPa ）的场合。
1-挡板 2-补偿圈 3-放⽓嘴图2.2.1.固定管板式换热器的⽰意图
2.3.设计要求
完善的换热器在设计和选型时应满⾜以下各项基本要求：
（1）合理地实现所规定的⼯艺条件：可以从：①增⼤传热系数②提⾼平均温差③妥善布置传热⾯等三个⽅⾯具体着⼿。（2）安全可靠
换热器是压⼒容器，在进⾏强度、刚度、温差应⼒以及疲劳寿命计算时，应遵循我国《钢制⽯油
化⼯压⼒容器设计规定》和《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。（3）有利于安装操作与维修
直⽴设备的安装费往往低于⽔平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与拆卸，在⼚房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据需要可添置⽓、液排放⼝，检查孔与敷设保温层。（4）经济合理
评价换热器的最终指标是：在⼀定时间内（通常1年内的）固定费⽤（设备的购置费、安装费等）与操作费（动⼒费、清洗费、维修费）等的总和为最⼩。在设计或选型时，如果有⼏种换热器都能完成⽣产任务的需要，这⼀标准就尤为重要了。
§.三.设计条件及主要物理参数
3.1.初选换热器的类型
两流体的温度变化情况如下：
（1）植物油：⼊⼝温度140℃，出⼝温度40℃；
（2）冷却介质：井⽔，⼊⼝温度20℃，出⼝温度40℃；该换热器⽤循环冷却井⽔进⾏冷却，由于=+-+=
-2
20
40240140m m t T 60℃>50℃，所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较⼤，故从安全、⽅便、经济考虑可以采⽤带有补偿圈的管板式换热器。3.2.确定物性参数
定性温度：对于⼀般⽓体和⽔等低黏度流体，其定性温度可取流体进出⼝温度的平均值。壳程流体（植物油）的定性温度为：T= (140+40)/2=90℃管程流体（⽔）的定性温度为：t=（40+20）/2=30℃
在定性温度下，分别查取管程和壳程流体(冷却⽔和植物油)的物性参数，见下表3-1：密度/（㎏/m3）
⽐热容/（kJ/kg ?℃）粘度/（Pa ?s ）导热系数/（kJ/m ?℃）
植物油 950 2.261 7.42×10-4 0.172 ⽔ 995.7
4.174
8.01×10-4
0.618
3.3.计算热流量及平均温差 3.3.1.热流量
以热介质植物油为计算标准算它所需要被提⾛的热量:
Q=m s1c p1(T 1-T 2)=6000x2.261x(140-40)=1356.6kJ/h=376.83kw
3.3.2.平均传热温差
计算两流体的平均传热温差暂时按单壳程、多管程计算。逆流时，我们有
植物油：140℃→40℃井⽔： 40℃←20℃从⽽，
69.4920
100ln 20
100'=-=
m t
⽽此时，我们有：
00.520
100
20404014017.012020
201402040
12212112==--=--=
==--=--=t t T T R T T t t P
式中：
21,T T ——热流体（植物油）的进出⼝温度，单位℃； 21t t ，——冷流体（井⽔）的进出⼝温度，单位℃；
R 2+1R-1
ln
1-PR
1-P ln
2-P(1+R-
2-P(1+R+R 2+1R 2+1)
xiaoeni
)
豫公网安备41160202000603
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