课 程 设 计
设计题目
列式换热器设计
学生姓名
学 号
专业班级
高分子材料工程班
指导教师
2012年X月X日
设计题目
列式换热器设计
成绩
课
程
设
计
容
根乙醇预热工艺求物料特性设计浮头式换热器通设计初步选型济优化结构强度设计等系列程选择换热器规格 ：壳径426mm公称面积209m程数2总数120长 3子排列方法正三角形传热面积裕度137强度设计确定折流挡板数14折流板间距200mm尺寸筒体壁厚6mm封头厚6mm
指
导
教
师
评
语
建议：学生工作态度工作量设计（文）创造性学术性实性书面表达力等方面出评价
签名： 2012 年 月 日
课程设计务
设计题目：列式换热器设计
设计时间：2012618 2012629
指导老师：
设计务：年处理吨40乙醇水溶液精馏塔预热器
1． 设备型式 卧式列式换热器
2． 操作条件
（1）原料温度20℃进料热状况参数q10
（2）加热蒸汽采绝压06MPa饱蒸汽
（3）允许压强降：Pa
（4）年330天计算天24时连续运行
（5）设备承受压力：P25Mpa
设计报告：
1． 设计说明书份
2． 体设备总装图（1#图纸）张带控制点工艺流程图（3#图纸）
目录
1 前言 4
11乙醇简介 4
12换热器概述 4
121 换热器应 4
122 换热器分类 5
123 壳式换热器特殊结构 8
124 换热简介 9
2工艺流程设计基原 9
3 设计方案设计计算 10
31初选型号 10
311确定流体通入空间 10
312确定流体定性温度物性数选择列式换热器形式 10
313计算热负荷 13
314计算均温差 13
315初选换热器规格 14
32 核算总传热系数 15
321计算程流传热系数 15
322计算壳程流传热系数 16
323 确定污垢热阻 16
33计算压强降 18
4．换热器结构设计 19
41板材料结构 19
42传热排列分程方法 19
43壳体径 20
44折流挡板 21
45换热板连接 22
46壳体箱材料选择 23
47导流筒防板 23
48接位置计算 23
49拉杆定距 24
410 排液口排气口 25
411支座 25
412法兰设计 26
4121筒体法兰 26
4122接法兰 26
413泵选择 26
5 校验 27
51接壁厚校验 27
52封头设计校核 29
53壳程筒体校核 30
54板子强度校核： 31
55温差应力补偿 32
56拉拖力校验 32
6 换热器结构尺寸计算结果列表： 34
7 课程设计心 36
8 符号说明 37
附录 38
附录二 39
参考文献 41
摘：换热器广泛应化工石油化工动力医药冶金制冷轻工等行业种通设备根乙醇预热工艺求物料特性设计浮头式换热器设计包括初步选型济优化结构强度设计选择换热器规格 ：壳径426mm公称面积209m程数2总数120长 3子排列方法正三角形传热面积裕度137强度设计确定折流挡板数14折流板间距200mm尺寸筒体壁厚6mm封头厚6mm
关键词： 列式换热器 板法兰
Abstract：Heat exchanger is widely used for chemical petrochemical power pharmaceutical metallurgy refrigeration light industries as a generic equipment In accordance with the warming processes of alcohol and the properties of materials we choose the fixed tube heatexchanger The designing processes include initial choice of models economic optimization and structural strength design The final selection of the heat exchanger The diameter of the receiver is426mm and the area is209 and the itinerary of the kerosene is 2 pipe mains number is 120 and length is 3mThe tubes are arranged according to a regular triangle Economic choice for the remaining percentage is 137 After intensity determined for the design flow back plate number 14 the flow of board space is 200mm Cylinder wall thickness of 6 mm for the main dimensions 6mm thick plastic letters first
Keywords the fixed tube heatexchangertube sheet pipe flange
1 前言
11乙醇简介
乙醇常温常压种色透明香味易挥发液体熔点 沸点凝乙醇简介固点．密度水数机溶剂意混溶乙醇易燃爆炸极限35％～18％闪点11时须注意安全工业酒精含乙醇约95％含乙醇达995％酒精称水乙醇含乙醇956％水44％酒精恒沸混合液沸点7815中少量水法蒸馏法
乙醇工业医药民等方面广泛应重种原料方面求乙醇纯度时求纯度高甚水乙醇困难乙醇极具挥发性极具溶解性想高纯度乙醇困难
乙醇水体系高度非理想物系低恒沸点恒沸点处相衡线角线相交
12换热器概述
程设备生产技术领域中应十分广泛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必需关键设备换热设备广泛种通程设备化工厂中换热设备投资约占总投资10％～20％炼油厂约占总投资35％～40％
121 换热器应
工业生产中换热器作量温度较高流体传递温度较低流体流体温度达工艺流程规定指标满足工艺流程需外换热器回收余热废热特低位热效装置例高炉炉气（约1500）余热通余热锅炉生产压力蒸汽作供汽供热等辅助源提高热总利率降低燃料消耗提高工业生产济效益
着国工业断发展源利开发节约求断提高换热器求日益加强换热器设计制造结构改进传热极力研究十分活跃新型高效换热器相继面世
122 换热器分类
工业生产中途工作条件物料特性出现形式结构换热器
（） 换热器分类特点
传热方式换热器分三类：
1直接接触式换热器
称混合式换热器利冷热流体直接接触混合作进行热量交换类换热器结构简单价格便宜常做成塔状仅适工艺允许两种流体混合场合
2蓄热式换热器
类换热器中热量传递通格子砖填料等蓄热体完成首先热流体通热量积蓄蓄热体中然冷流体通热量带走两种流体交变转换输入避免存着部分流体相互掺现象造成流体污染
蓄热式换热器结构紧凑价格便宜单位体积传热面较较适合气气热交换场合
3间壁式换热器
工业中广泛类换热器冷热流体固体壁面隔开通壁面进行传热传热面形状结构特点分：
（1） 式换热器：套式螺旋式壳式热式等
（2） 板面式换热器：板式螺旋板式板壳式等
（3） 扩展表面式换热器：板翅式翅式强化传热等
（二） 壳式换热器分类特点
设计题目浮头式换热器设计浮头式属壳式换热器特介绍壳式换热器类型结构特点
壳式换热器目前广泛种换热器壳体传热束板折流板箱等部件组成具体结构图示壳体圆筒形部放置许子组成束子两端固定板子轴线壳体轴线行进行换热冷热两种流体种流动称程流体种外流动称壳程流体增加壳程流体速度改善传热壳体安装折流板折流板提高壳程流体速度迫流体规定路程次横通束增强流体湍流程度
流体通束次称程通壳体次称壳程图121示简单单壳程单程换热器提高流体速度两端箱设置隔板全部子均分干组样流体次通部分子束中返次称程样提高外流速壳体安装挡板迫流体次通壳体空间称壳程程壳程配合
种换热器结构算复杂造价高选种结构材料清洗方便适应性强处理量较高温高压条件应传热效率结构紧凑性单位传热面金属消耗量等方面尚改善
外流体温度换热器壳体束温度果两流体温度相差较换热器产生热应力导致子弯曲断裂板拉脱束壳体温度差超50时需采取适补偿措施消减少热应力根采补偿措施壳式换热器分种类型：
1 固定板式换热器：换热器端焊接胀接方法固定两块板板焊接方法壳体相连型式壳式换热器相结构简单壳体直径相时安排更子便分程时制造成较低存弯部分易积聚污垢产生污垢便清洗果子发生泄漏损坏便进行堵换法子外表面进行机械清洗难检查适宜处理脏腐蚀性介质更缺点壳体子壁温材料线膨胀系数相差较时壳体中产生较温差应力减少温差应力通常需壳体设置膨胀节利膨胀节外力作产生较变形力降低束壳体中温差应力
2 浮头式换热器：结构图2示子端固定块固定板板夹持壳体法兰箱法兰间螺栓连接子端固定浮头板浮头板夹持螺柱连接浮头盖钩圈间形成壳体移动浮头束壳体受热伸长时两者互牵制会产生温差应力浮头部分浮头板钩圈浮头端盖组成拆联接容易抽出束外进行清洗便检修述特点知浮头式换热器温度波动温差场合固定板式换热器相结构更复杂造价更高
3 U型式换热器：束子弯制成曲率半径U型两端固定块板组成束省块板箱束壳体分离受热膨胀时彼间受约束消温差应力结构简单造价便宜束壳体中抽出外清洗方便清洗困难易结垢物料通弯外侧壁较薄束中央部分存较空隙U型换热器具承压力差传热力佳缺点
4 双重式换热器：组子插入组相应子中构成换热器程流体（B流体）箱进口流入通插达外套底部然返回通插外套间环形空间箱出口流出特点插外套间没约束伸缩适温差两流体换热程流体阻力较设备造价较高
5 填料函式换热器：束端壳体间填料密封束端板浮头式换热器样夹持箱法兰壳体法兰间螺栓连接拆箱填料压盖等关零件束抽出壳体外便清洗间束伸缩具浮头式换热器相优点减少壳体盖结构较浮头式换热器简单造价较低填料处容易泄漏工作压力温度受定限制直径宜
123 壳式换热器特殊结构
包括双壳程结构螺旋折流板双板等特殊结构结构换热器拥更高工作效率
1 双壳程结构：换热器束中间设置隔板隔板壳体壁密封片阻挡物流漏形成双壳程结构适场合：①程流量壳程流量时采结构流速提高倍热系数提高1~12倍②冷热流体温度交叉时壳程换热器需两台实现传热台双壳程换热器仅实现传热较传热温差
2 螺旋折流板式换热器：螺旋折流板防止死区返混压降较物流通种结构换热器时存明显径变化适高热效率求场合
3 双板结构：普通结构板处增加板形成双板结构收集泄漏介质防止两程介质混合
124 换热简介
换热壳式换热器传热元件采高效传热元件改进换热器传热性直接效方法国已新效换热种：
（1） 螺纹：称低翅片光轧制成适外热阻热阻15倍单相流渣油蜡油等粘度腐蚀易结垢物料换热
（2） T形翅片：外沸腾时效降低物料泡核点沸腾热系数提高16～33倍蒸发器重沸器理想
（3） 表面孔：该光表面形成层孔性金属敷层该敷层密布孔形成许汽化中心强化沸腾传热
（4） 螺旋槽纹：强化物流间传热物料壁部分流体槽旋流部分流体呈轴涡流前种流动利减薄边界层种流动分离边界层增强流体扰动传热系数提高13～17倍阻力降增加17～25倍
（5） 波纹：挤压成型锈钢薄壁波纹外强化传热作波纹换热器承压力高心距排少壳程短易控制
壳式换热器应已悠久历史壳式换热器作中传统标准换热设备工业部门中量尤化工石油源设备等部门换热设备中壳式换热器处导位次毕业设计特针类换热器中浮头式换热器工艺设计结构设计进行介绍
2工艺流程设计基原
工程设计身存目标优化问题时政策性强工作设计员必须优化意识严格遵守国家关政策法律规定行业规范特国家济法规环保法规等等般说设计者应遵守基原
（）：技术先进性性
量采前先进技术实现生产装置优化集成具较强市场竞争力时采新技术进行充分证保证设计科学性安全性
（二）装置系统济性
种采方案分析较中技术济评价指标关键素求投资获济效益
（三）：持续发展清洁生产
树立持续发展清洁生产意识选方案中应利装置系统产生废弃物减少废弃物排放
（四）：程安全性
设计程中充分考虑生产环节中出现危险事采取效安全措施确保装置系统运行员健康身安全
（五）：程操作操作性控制性
装置系统应便稳定操作生产负荷参数定范围波动时应快速进行调节控制
（六）：行业性法规
3 设计方案设计计算
31初选型号
311确定流体通入空间
加热介质饱蒸汽宜通入壳程乙醇水溶液通入饱蒸汽流速清理特求易排冷凝液宜通入间
312确定流体定性温度物性数选择列式换热器形式
饱蒸汽压强绝压查化工原理附录4<3>温度恒温饱蒸汽定性温度
换算成摩尔分数
乙醇水溶液（常压）气液衡数作乙醇水温度组成图
交点低恒沸点
纯水沸点
纯乙醇沸点
图读泡点露点
绘制温度焓图：
读：
温度焓图读： 时应饱温度原料液出口温度
般低粘度溶液定性温度取流体进出口温度均值原料液定性温度
两流体温度差
两流体温度差选浮头式列换热器
根定性温度分查取壳程程流体关物性数混合液体说物性数实测值具备条件分查取混合液体组分关物性数然相应加求出混合液体物性数
两流体定性温度物性数：
物性
物体
饱乙醇
5122
789
115
2395
0172
846
饱水
9875
0539
4174
0649
237526
乙醇溶液
9081
0785
3462
0458
饱蒸汽
158．7
31686
20911
注：乙醇溶液数04×饱乙醇数+06×饱水数
313计算热负荷
接乙醇溶液计算
预计年处理50万吨40乙醇溶液
忽略换热器热损失冷凝水饱温度排出蒸汽流量热量衡算求
314计算均温差
般先逆流计算校核：
实际换热器中两种流体流动仅仅简单流逆流伴更复杂情况错流漏流
时先逆流程求算均温度差然根流动形式加修正
查图：化工课设书P23（a）单壳程温差修正系数
315初选换热器规格
（1）知程走乙醇水溶液壳程走饱蒸气根化工原理课程设计P22表25壳程水蒸气冷凝加热水溶液（似作）（μ<20×Pa•s）总传热系数验值范围1160~4070μ／（m2•℃）初选2000W／（m•℃）
∴
国列式换热器系列标准中传热φ19mm×2mmφ25mm×2mmφ25mm×25mm采径单位体积传热面积增结构紧凑金属耗量减少传热系数提高计算直径换热器换热φ25mm改φ19mm传热面积增加40％左右节约金属20％径阻力便清洁易结垢堵塞般径子粘度污浊流体径子较清洁流体
课题涉流体均较清洁选19mm×2mm
根传热径流速确定单程传热数：
换热常长﹑﹑﹑﹑﹑﹑
壳径D
426mm
长L
3m
公称面积S
209
子直径
程数
2
子排列方式
正三角形排列
数n
120
换热器实际换热面积
32 核算总传热系数
321计算程流传热系数
322计算壳程流传热系数
卧式换热器壳程蒸汽水束外冷凝传热假设冷凝液膜滞流选式计算
定性温度：蒸汽冷凝热取饱温度值余物性取液膜均温度值
设外壁温度tw112℃冷凝液膜均温度
℃
查出膜温水物性常数：
正三角形排列横束中心线数：
323 确定污垢热阻
化工原理课程设计查：
324核算总传热系数K估
材碳钢导热系数
选该换热器时求程实际传热面积传热务规定条件计算出选择换热器安全裕量137 （10~25间）该换热器传热面积裕量符合求
325 核算壁温冷凝液流型
核算壁温时般忽略壁热阻根列似关系核算tw值
33计算压强降
壳程蒸汽等温等压冷凝传热压强降忽略面仅计算程压强降
取碳钢壁粗糙度
摩擦数图查
回弯压强降验公式估算
子
面计算知该换热器压强降符合题设求选换热器合适
4．换热器结构设计
41板材料结构
选择板材料时力学性外应考虑程壳程流体腐蚀性板换热间电位差腐蚀影响流体腐蚀性轻微腐蚀性时板般采碳钢制造压力容器
满足强度前提应量减板厚度薄板温差场合般厚度10~15um突出优点节约板材料般节约70~80压力较高时节约90常面型薄板
42传热排列分程方法
子排列方法常正三角形直列正三角形错列正方形直列正方形错列
正三角形错列 正方形直列 正方形错列
正三角形排列较紧凑定壳径排列较子传热效果外清洗较困难正方形排列外清洗方便适壳程中流体易结垢情况传热效果较正三角形差排列方式中常正三角形错列壳侧流体清洁易结垢者壳侧污垢化学处理掉场合设计中采正三角形错列排列方式隔板两侧采正方形直列
采组合排列法程均正确排列（三角形排列利流体达湍流排列）隔板两侧采正方形排列（正方形排列助壳程清流）取心距查化工设备机械基础表154t25mm
横束中心线板根（子正三角形排列时）
43壳体径
采单程结构浮头式换热器言换热器壳体径应等板直径：
中D壳体径m
t中心距m 胀法取 传热外径
44折流挡板
采弓形折流板般切缺率（切掉圆弧高度壳径）通常20~45取弓形折流板圆缺高度壳体流25切圆缺高度
（常折流板间距100mm150mm200mm300mm450mm600mm800mm1000mm）
折流板间标准径50mm距允许压力损失范围希般推荐折流板间距壳径
折流板圆缺面水装配般应束两端折流板壳程进出口余折流板子效长度等距布置
板折流板板间距离l应式计算：
中：——壳程接位置尺寸mm
——板名义厚度mm
——防板长度防板时应接径mm
该台换热器折流板排列示意图示：
壳程流体进出口接：取关蒸汽流速（化工原理表13饱蒸气流速20~40选取）
接径
板换热采焊接连接复合板复层厚度般3mm
45换热板连接
设计压力40MPa设计温度操作中剧烈振动温度波动明显应力腐蚀选择部分胀接
较振动缝隙腐蚀场合强度焊接材料焊性场合壳体板连接采焊接形式
胀焊密封性求较高承受振动疲劳载荷缝隙腐蚀需采复合板等场合
胀焊方法仅改善连接处抗疲劳性消应力腐蚀缝隙腐蚀提高寿命
采胀焊接接合接法
46壳体箱材料选择
设计换热器属常规容器工厂中采低碳低合金钢制造综合成条件等考虑选择壳体箱材料
低碳低合金钢具优良综合力学性制造工艺性强度韧性耐腐蚀性低温高温性均优相含碳量碳素钢时采低合金钢减少容器厚度减轻重量节约钢材
47导流筒防板
程采轴入口接换热流体流速超 时腐蚀气体蒸汽气液混合物时减少流体均匀分布流体换热直接蚀应壳程进口处设置防防外表面圆筒壁距离应接外径防直径边长应接外径出50mm防厚度：碳钢45mm
壳程流体程换热流体流速台换热器壳程程需设置防板
进出口接受法兰开孔补强等尺寸限制板易造成死区设置导流筒仅防止进口处高速流体束直接击壳程流体达较均匀分布
48接位置计算
换热器设计中方便传热面积充分利壳程流体进出口接应量两端板箱进出口接应量箱法兰缩短箱壳体长度减轻设备重量然保证设备制造安装口距板板密封面基准
壳程接位置尺寸：
箱接位置尺寸：
中S壳体厚度
49拉杆定距
般碳钢采拉杆定距形式定距直径换热相
1拉杆结构尺寸
a．拉杆结构形式
换热外径束选拉杆定距结构
b．拉杆尺寸
拉杆长度L实际需确定
拉杆连接尺寸参考换热器设计手册表1636
c．拉杆直径位置 表16371638
换热外径 d0
拉杆直径
公称直径 DN
接 4
d．拉杆位置
拉杆应量均匀布置束外边缘
e．定距尺寸
定距尺寸程锈钢程碳钢换热器选锈钢换热器外径相碳钢作定距定距长度实际需确定
410 排液口排气口
卧式换热器排气口排液口分开壳体封头顶部底部
411支座
卧式换热器采鞍式支座支座中少端基础滑动补偿壳体伸缩
化工设备机械基础附表122BI型鞍座标准系列（DN159426）
412法兰设计
法兰连接结构功般原出发应满足列基求：工作条件法兰泄漏量控制工艺允许范围种情况受定外载力具足够强度便次拆装致影响密封性结构简单成低廉 批生产法兰连接象标准件应特突出互换性求
4121筒体法兰
适乙型焊法兰（JB47022000）查化工机械设备基础附表102 P450
螺柱M20 16
4122接法兰 （P461 化工设备机械基础 附表1113）
D
L
N
C
理质量
程
150mm
300mm
250mm
26mm
M24
8
30mm
108Kg
壳程
250mm
395mm
350mm
22mm
M20
12
26mm
119Kg
413泵选择
流量 扬程 118m
选择IS 8050200转数 1450
轴功率144Kw
电机功率22Kw
效率67离心泵满足求
5 校验
51接壁厚校验
课题选择Q235A采双层焊局部损探（）壁厚公式计算 ：
中：
取φ局部损检测双焊缝系数取
考虑修正系数时：
mm<6m符合求
考虑设备加工磨损取C18mm取整 时子伸出板高度h取05~1mm（P342化工设备机械基础）P173表1627换热伸出长度
务求预热40乙醇水溶液定程须保温层
根设计温度选保温层材料脲甲醛泡沫塑料物性参数：
表34 保温层物性参数
密度
（kg／m3）
导热系数
（kcal／mh℃）
吸水率
抗压强度
（kg／m３）
适温度
（℃）
13～20
00119～0026
12
025～05
190～+500
容器开孔仅消弱容器整体强度开孔引起应力集中接容器壁连接造成开孔边缘局部高应力开孔附成压力容器破坏源——疲劳破坏脆性裂口压力容器设计中必须充分考虑开孔补强问题补强圈筒体采搭焊接法
参考化工设备机械基础知开孔直径选补强圈补强结构形式补强圈材料器壁材料相
压容器圆筒：
强度削弱系数
选接A120×6720mm取补强圈径D295mm外径D465mm 补强圈厚度（等面积补强）圆整5mm
壳程流体接
符合求
伸出长度l200mm
补强圈厚度A120×6720mm
取补强圈径外径厚度：圆整5mm
板箱连接：采法兰连接（浮头式常采板拆式连接）
52封头设计校核
椭圆封头制作方便材少满足求选标准椭圆封头
箱长
中
焊点开孔点距离应200mm取箱长度400mm方便焊接配套取厚度6mmQ235A钢接处等长取150mm
钢板厚度负偏差局部损检测双面焊缝系数取
根工艺求腐蚀裕量
筒体名义厚度
取
效厚度
水压实验合格
53壳程筒体校核
壳体名义厚度
效厚度
水压试验合格
圆筒壳许压力：
符合求
54板子强度校核：
假设板厚度：
根壁金属横截面积：
开孔强度削弱系数（双程）
板简支考虑k值查化工设备设计图161162151
板应力
筒体径截面积
板孔占总截面积
系数
系数
量压差
子应力
板子强度校核：
55温差应力补偿
选浮头式换热器 两端板壳体固定连接壳体轴伸缩浮头浮头板钩圈浮头端盖组成拆连接束壳体抽出换热器壳体温差存壳体换热膨胀时互约束会产生温差应力浮头式适温差范围较选膨胀节
56拉拖力校验
换热拉脱力必须许拉脱力[q] 查表1513化工设备机械基础
焊接钢许拉脱力
式中
中：——换热伸出长度查GB1511999知
——坡口深度
明显
6 换热器结构尺寸计算结果列表：
项目
结果
单位
换热器公称直径D
426
换热器程数Np
2
换热器子总数N
120
根
换热器单长度L
3
换热器子规格
换热器子排列方式
正三角形排列
心距
25
板厚度T
15
折流板间距B
200
折流板数NB
14
根
折流板外径
325
折流板厚度
6
壳体厚度d
6
壳程流体进出口接规格
程流体进出口接规格
封头厚度d
8
封头径
450
封头曲面高度
112
封头直径高度
25
传热负荷Q
3780
kw
饱蒸汽流量
18
kgs
乙醇水溶液流量
175
kgs
初步估算传热面积A
181
m2
程流速
193
ms
壳程传热系数
39197
程传热系数
59630
总传热系数K
1360．5
需传热面积
183
实际传热面积
208
传热面积裕度
137
校核壁温
1127
oC
程压降
87894
Pa
壳层压降
31390
Pa
7 课程设计心
期两周化工原理课程设计转眼间结束程中辛苦收获付出更汗水通两周合作次学工作中收获许
刚开始时知道做什没根课题设计方案计算机绘图谓窍通切头学起团队简单分工开始设计路
计算程复杂面种数常算头密密麻麻写页然开始电脑里输入编辑简单程费久终输完CAD制图头开始件简单事点条线整套图形作出量努力负责Word文档编辑相简单工作繁杂工作量沉重常感觉手抽筋编辑工作解特深入期间遇种样问题深刻暴露学程中细节性知识盲点通请教老师学奋战两星期终完成浩工程编辑结束着四十页文档心里豪感油然生然部分细节字母数字公式编辑需进步完善老师指点文档通篇修改遍
次设计中感受团队合作重性工作学程中丝苟精神探索精神重意义程中步需付出努力需认真环紧密联系起懂东西需钻研外寻找资料请教老师非常方式
课程设计结束时刻感谢组员通力合作感谢老师学予私帮助日子里需进步发扬合作精神努力奋斗果够完美方希老师进步指正教育肯定会第时间进行修改
8 符号说明
P——压力Pa Q——传热速率W
R——热阻㎡·KW Re——雷诺准数
S——传热面积㎡ t——冷流体温度℃
T——热流体温度℃ u——流速ms
——质量流速㎏h KC——传热系数W(m·K)
——限差值 ——导热系数W(m·K)
——粘度Pa·s ——密度㎏m3
——校正系数 r——转速n(rmin)
H——扬程m ——必须汽蚀余量m
A——实际传热面积 Pr——普郎特系数
△tm——均传热温差℃ K——总传热系数W(㎡·K)
——体积流量 N——数根
Np——程数 l——长m
附录
1相关符号说明
希腊字母
α
ξ
η
θ
λ
μ
ρ
τ
ψ
流传热系数
W(m0c)
阻力系数
效率
固体物料温度0c
导热系数
粘度
密度
kgm3
停留时间s
分布板开孔率
2常见设备分类代号
设备类
代号
设备类
代号
塔
T
火炬烟囱
S
泵
P
容器槽罐
V
压缩机风机
C
起重运输设备
L
换热器
E
计量设备
W
反应器
R
机械
M
工业炉
F
设备
X
3仪表功代号
功
代号
功
代号
功
代号
指示
Z
积算
S
连锁
L
记录
J
信号
X
变速
B
调节
T
手动控制
K
附录二
（1）乙醇水物理性质
项目
分子式
分子量
沸点
界温度
乙醇A
C2H5OH
4607
783
51625
水B
H2O
1802
100
64815
（2）乙醇水tx(y)数
温度t℃
液相中乙醇摩尔分率
气相中乙醇摩尔分率
100
00000
00000
955
00190
01700
89
00721
03891
867
00966
04375
853
01238
04704
841
01661
05089
827
02337
05445
823
02608
05580
815
03273
05826
807
03965
06122
798
05079
06564
797
05198
06599
793
05732
06841
7874
06763
07385
7841
07472
07815
7815
08943
08943
(3)乙醇水相衡数
液相中乙
醇含量
摩尔分数)
汽相中乙
醇含量
(摩尔分数)
液相中乙
醇含量
(摩尔分数)
汽相中乙
醇含量
(摩尔分数)
液相中乙
醇含量
(摩尔分数)
汽相中乙
醇含量
(摩尔分数)
0
0
01153
04608
03895
06102
400E05
530E04
01208
0469
04
06144
400E04
00051
01264
04749
04102
06161
550E04
00077
01319
04808
04209
06222
800E04
00103
01377
04868
04317
06252
00012
00157
01435
0493
04427
06299
00016
00198
01495
04977
04541
06343
00019
00248
01555
05027
04655
06391
00023
0029
01615
05078
04774
06421
00027
00333
01677
05127
04892
0647
00031
003725
01741
05167
05016
06534
00035
00412
01803
05243
05139
06581
00039
0045
01868
05268
05268
06628
00079
00876
01934
05309
05409
06692
00119
01275
02012
05344
05534
06742
00161
01634
02068
05376
05671
06807
00201
01868
02138
05412
05811
06876
00243
02145
02278
05454
05955
06959
00286
02396
02351
0548
06102
07029
00329
02621
02425
05522
06252
07110
00373
02812
025
05548
06405
07186
00416
02992
02575
05574
06564
07271
00461
03156
02633
05603
06727
07361
00507
03306
0273
05644
06892
07469
00551
03451
02812
05671
07063
07582
00598
03583
02893
05712
07236
07693
00646
03698
0298
05745
07415
07809
00686
03806
03061
05777
07599
07926
00741
03916
03147
05811
07788
08042
00795
04018
03234
05839
07982
08183
00841
04127
03324
05878
08182
08325
00892
04209
03416
0591
08387
08491
00942
04294
03509
05955
08597
0864
00993
04382
03602
05984
08815
08825
01048
04461
03698
06029
08941
08941
参考文献
1 国家标准行业标准：
⑴GB1501999钢制压力容器
⑵GB1511999壳式换热器
⑶压力容器安全技术监察规程1999年
⑷JB／T4700～47072000压力容器法兰
⑸JB／T4714－92浮头式换热器冷凝器型式基参数
⑹JB／T4718－92壳式换热器金属包垫片
⑺JB／T4721－92外头盖侧法兰
⑻JB／T4712－92鞍式支座
⑼HG20592～20635－97钢制法兰垫片紧固件
⑽JB／T4736－2002补强圈
⑾JB／T4746－2002钢制压力容器封头
⑿HG20580－～HG205811998钢制化工容器设计基础规定等
⒀CD130A20－86化工设备设计文件编制规定
⒁TCED41002－2000化工设备图样技术求
⒂JB4726－94压力容器碳素钢低合金钢锻件
2 参考书：
[1]化工设备设计王学生惠虎编华东理工学出版社2011
[2]化工原理课程设计天津学化工学院 柴诚敬王军张缨编天津科学技术出版社2009
[3]化工原理（第二版）崔鹏魏凤玉编 合肥工业学出版社20037
[4]化工设备机械基础喻健良编连理工学出版社2009
[5]换热器设计手册钱颂文编化学工业出版社2002
[6]化工设备机械基础课程设计指导书（第二版）蔡红宁张莉彦编化学工业出版社2010
[7]化工设备识图制图陆怡编中国石化出版社2011
[8]化工设备机械基础学指导喻健良编连理工学出版社2009
[9]AutoCAD标准培训教程2008中文版程光远编著电子工业出版社2009
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课 程 设 计
设计题目
列式换热器设计
学生姓名
学 号
专业班级
高分子材料工程班
指导教师
2012年X月X日
设计题目
列式换热器设计
成绩
课
程
设
计
容
根乙醇预热工艺求物料特性设计浮头式换热器通设计初步选型济优化结构强度设计等系列程选择换热器规格 ：壳径426mm公称面积209m程数2总数120长 3子排列方法正三角形传热面积裕度137强度设计确定折流挡板数14折流板间距200mm尺寸筒体壁厚6mm封头厚6mm
指
导
教
师
评
语
建议：学生工作态度工作量设计（文）创造性学术性实性书面表达力等方面出评价
签名： 2012 年 月 日
课程设计务
设计题目：列式换热器设计
设计时间：2012618 2012629
指导老师：
设计务：年处理吨40乙醇水溶液精馏塔预热器
1． 设备型式 卧式列式换热器
2． 操作条件
（1）原料温度20℃进料热状况参数q10
（2）加热蒸汽采绝压06MPa饱蒸汽
（3）允许压强降：Pa
（4）年330天计算天24时连续运行
（5）设备承受压力：P25Mpa
设计报告：
1． 设计说明书份
2． 体设备总装图（1#图纸）张带控制点工艺流程图（3#图纸）
目录
1 前言 4
11乙醇简介 4
12换热器概述 4
121 换热器应 4
122 换热器分类 5
123 壳式换热器特殊结构 8
124 换热简介 9
2工艺流程设计基原 9
3 设计方案设计计算 10
31初选型号 10
311确定流体通入空间 10
312确定流体定性温度物性数选择列式换热器形式 10
313计算热负荷 13
314计算均温差 13
315初选换热器规格 14
32 核算总传热系数 15
321计算程流传热系数 15
322计算壳程流传热系数 16
323 确定污垢热阻 16
33计算压强降 18
4．换热器结构设计 19
41板材料结构 19
42传热排列分程方法 19
43壳体径 20
44折流挡板 21
45换热板连接 22
46壳体箱材料选择 23
47导流筒防板 23
48接位置计算 23
49拉杆定距 24
410 排液口排气口 25
411支座 25
412法兰设计 26
4121筒体法兰 26
4122接法兰 26
413泵选择 26
5 校验 27
51接壁厚校验 27
52封头设计校核 29
53壳程筒体校核 30
54板子强度校核： 31
55温差应力补偿 32
56拉拖力校验 32
6 换热器结构尺寸计算结果列表： 34
7 课程设计心 36
8 符号说明 37
附录 38
附录二 39
参考文献 41
摘：换热器广泛应化工石油化工动力医药冶金制冷轻工等行业种通设备根乙醇预热工艺求物料特性设计浮头式换热器设计包括初步选型济优化结构强度设计选择换热器规格 ：壳径426mm公称面积209m程数2总数120长 3子排列方法正三角形传热面积裕度137强度设计确定折流挡板数14折流板间距200mm尺寸筒体壁厚6mm封头厚6mm
关键词： 列式换热器 板法兰
Abstract：Heat exchanger is widely used for chemical petrochemical power pharmaceutical metallurgy refrigeration light industries as a generic equipment In accordance with the warming processes of alcohol and the properties of materials we choose the fixed tube heatexchanger The designing processes include initial choice of models economic optimization and structural strength design The final selection of the heat exchanger The diameter of the receiver is426mm and the area is209 and the itinerary of the kerosene is 2 pipe mains number is 120 and length is 3mThe tubes are arranged according to a regular triangle Economic choice for the remaining percentage is 137 After intensity determined for the design flow back plate number 14 the flow of board space is 200mm Cylinder wall thickness of 6 mm for the main dimensions 6mm thick plastic letters first
Keywords the fixed tube heatexchangertube sheet pipe flange
1 前言
11乙醇简介
乙醇常温常压种色透明香味易挥发液体熔点 沸点凝乙醇简介固点．密度水数机溶剂意混溶乙醇易燃爆炸极限35％～18％闪点11时须注意安全工业酒精含乙醇约95％含乙醇达995％酒精称水乙醇含乙醇956％水44％酒精恒沸混合液沸点7815中少量水法蒸馏法
乙醇工业医药民等方面广泛应重种原料方面求乙醇纯度时求纯度高甚水乙醇困难乙醇极具挥发性极具溶解性想高纯度乙醇困难
乙醇水体系高度非理想物系低恒沸点恒沸点处相衡线角线相交
12换热器概述
程设备生产技术领域中应十分广泛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必需关键设备换热设备广泛种通程设备化工厂中换热设备投资约占总投资10％～20％炼油厂约占总投资35％～40％
121 换热器应
工业生产中换热器作量温度较高流体传递温度较低流体流体温度达工艺流程规定指标满足工艺流程需外换热器回收余热废热特低位热效装置例高炉炉气（约1500）余热通余热锅炉生产压力蒸汽作供汽供热等辅助源提高热总利率降低燃料消耗提高工业生产济效益
着国工业断发展源利开发节约求断提高换热器求日益加强换热器设计制造结构改进传热极力研究十分活跃新型高效换热器相继面世
122 换热器分类
工业生产中途工作条件物料特性出现形式结构换热器
（） 换热器分类特点
传热方式换热器分三类：
1直接接触式换热器
称混合式换热器利冷热流体直接接触混合作进行热量交换类换热器结构简单价格便宜常做成塔状仅适工艺允许两种流体混合场合
2蓄热式换热器
类换热器中热量传递通格子砖填料等蓄热体完成首先热流体通热量积蓄蓄热体中然冷流体通热量带走两种流体交变转换输入避免存着部分流体相互掺现象造成流体污染
蓄热式换热器结构紧凑价格便宜单位体积传热面较较适合气气热交换场合
3间壁式换热器
工业中广泛类换热器冷热流体固体壁面隔开通壁面进行传热传热面形状结构特点分：
（1） 式换热器：套式螺旋式壳式热式等
（2） 板面式换热器：板式螺旋板式板壳式等
（3） 扩展表面式换热器：板翅式翅式强化传热等
（二） 壳式换热器分类特点
设计题目浮头式换热器设计浮头式属壳式换热器特介绍壳式换热器类型结构特点
壳式换热器目前广泛种换热器壳体传热束板折流板箱等部件组成具体结构图示壳体圆筒形部放置许子组成束子两端固定板子轴线壳体轴线行进行换热冷热两种流体种流动称程流体种外流动称壳程流体增加壳程流体速度改善传热壳体安装折流板折流板提高壳程流体速度迫流体规定路程次横通束增强流体湍流程度
流体通束次称程通壳体次称壳程图121示简单单壳程单程换热器提高流体速度两端箱设置隔板全部子均分干组样流体次通部分子束中返次称程样提高外流速壳体安装挡板迫流体次通壳体空间称壳程程壳程配合
种换热器结构算复杂造价高选种结构材料清洗方便适应性强处理量较高温高压条件应传热效率结构紧凑性单位传热面金属消耗量等方面尚改善
外流体温度换热器壳体束温度果两流体温度相差较换热器产生热应力导致子弯曲断裂板拉脱束壳体温度差超50时需采取适补偿措施消减少热应力根采补偿措施壳式换热器分种类型：
1 固定板式换热器：换热器端焊接胀接方法固定两块板板焊接方法壳体相连型式壳式换热器相结构简单壳体直径相时安排更子便分程时制造成较低存弯部分易积聚污垢产生污垢便清洗果子发生泄漏损坏便进行堵换法子外表面进行机械清洗难检查适宜处理脏腐蚀性介质更缺点壳体子壁温材料线膨胀系数相差较时壳体中产生较温差应力减少温差应力通常需壳体设置膨胀节利膨胀节外力作产生较变形力降低束壳体中温差应力
2 浮头式换热器：结构图2示子端固定块固定板板夹持壳体法兰箱法兰间螺栓连接子端固定浮头板浮头板夹持螺柱连接浮头盖钩圈间形成壳体移动浮头束壳体受热伸长时两者互牵制会产生温差应力浮头部分浮头板钩圈浮头端盖组成拆联接容易抽出束外进行清洗便检修述特点知浮头式换热器温度波动温差场合固定板式换热器相结构更复杂造价更高
3 U型式换热器：束子弯制成曲率半径U型两端固定块板组成束省块板箱束壳体分离受热膨胀时彼间受约束消温差应力结构简单造价便宜束壳体中抽出外清洗方便清洗困难易结垢物料通弯外侧壁较薄束中央部分存较空隙U型换热器具承压力差传热力佳缺点
4 双重式换热器：组子插入组相应子中构成换热器程流体（B流体）箱进口流入通插达外套底部然返回通插外套间环形空间箱出口流出特点插外套间没约束伸缩适温差两流体换热程流体阻力较设备造价较高
5 填料函式换热器：束端壳体间填料密封束端板浮头式换热器样夹持箱法兰壳体法兰间螺栓连接拆箱填料压盖等关零件束抽出壳体外便清洗间束伸缩具浮头式换热器相优点减少壳体盖结构较浮头式换热器简单造价较低填料处容易泄漏工作压力温度受定限制直径宜
123 壳式换热器特殊结构
包括双壳程结构螺旋折流板双板等特殊结构结构换热器拥更高工作效率
1 双壳程结构：换热器束中间设置隔板隔板壳体壁密封片阻挡物流漏形成双壳程结构适场合：①程流量壳程流量时采结构流速提高倍热系数提高1~12倍②冷热流体温度交叉时壳程换热器需两台实现传热台双壳程换热器仅实现传热较传热温差
2 螺旋折流板式换热器：螺旋折流板防止死区返混压降较物流通种结构换热器时存明显径变化适高热效率求场合
3 双板结构：普通结构板处增加板形成双板结构收集泄漏介质防止两程介质混合
124 换热简介
换热壳式换热器传热元件采高效传热元件改进换热器传热性直接效方法国已新效换热种：
（1） 螺纹：称低翅片光轧制成适外热阻热阻15倍单相流渣油蜡油等粘度腐蚀易结垢物料换热
（2） T形翅片：外沸腾时效降低物料泡核点沸腾热系数提高16～33倍蒸发器重沸器理想
（3） 表面孔：该光表面形成层孔性金属敷层该敷层密布孔形成许汽化中心强化沸腾传热
（4） 螺旋槽纹：强化物流间传热物料壁部分流体槽旋流部分流体呈轴涡流前种流动利减薄边界层种流动分离边界层增强流体扰动传热系数提高13～17倍阻力降增加17～25倍
（5） 波纹：挤压成型锈钢薄壁波纹外强化传热作波纹换热器承压力高心距排少壳程短易控制
壳式换热器应已悠久历史壳式换热器作中传统标准换热设备工业部门中量尤化工石油源设备等部门换热设备中壳式换热器处导位次毕业设计特针类换热器中浮头式换热器工艺设计结构设计进行介绍
2工艺流程设计基原
工程设计身存目标优化问题时政策性强工作设计员必须优化意识严格遵守国家关政策法律规定行业规范特国家济法规环保法规等等般说设计者应遵守基原
（）：技术先进性性
量采前先进技术实现生产装置优化集成具较强市场竞争力时采新技术进行充分证保证设计科学性安全性
（二）装置系统济性
种采方案分析较中技术济评价指标关键素求投资获济效益
（三）：持续发展清洁生产
树立持续发展清洁生产意识选方案中应利装置系统产生废弃物减少废弃物排放
（四）：程安全性
设计程中充分考虑生产环节中出现危险事采取效安全措施确保装置系统运行员健康身安全
（五）：程操作操作性控制性
装置系统应便稳定操作生产负荷参数定范围波动时应快速进行调节控制
（六）：行业性法规
3 设计方案设计计算
31初选型号
311确定流体通入空间
加热介质饱蒸汽宜通入壳程乙醇水溶液通入饱蒸汽流速清理特求易排冷凝液宜通入间
312确定流体定性温度物性数选择列式换热器形式
饱蒸汽压强绝压查化工原理附录4<3>温度恒温饱蒸汽定性温度
换算成摩尔分数
乙醇水溶液（常压）气液衡数作乙醇水温度组成图
交点低恒沸点
纯水沸点
纯乙醇沸点
图读泡点露点
绘制温度焓图：
读：
温度焓图读： 时应饱温度原料液出口温度
般低粘度溶液定性温度取流体进出口温度均值原料液定性温度
两流体温度差
两流体温度差选浮头式列换热器
根定性温度分查取壳程程流体关物性数混合液体说物性数实测值具备条件分查取混合液体组分关物性数然相应加求出混合液体物性数
两流体定性温度物性数：
物性
物体
饱乙醇
5122
789
115
2395
0172
846
饱水
9875
0539
4174
0649
237526
乙醇溶液
9081
0785
3462
0458
饱蒸汽
158．7
31686
20911
注：乙醇溶液数04×饱乙醇数+06×饱水数
313计算热负荷
接乙醇溶液计算
预计年处理50万吨40乙醇溶液
忽略换热器热损失冷凝水饱温度排出蒸汽流量热量衡算求
314计算均温差
般先逆流计算校核：
实际换热器中两种流体流动仅仅简单流逆流伴更复杂情况错流漏流
时先逆流程求算均温度差然根流动形式加修正
查图：化工课设书P23（a）单壳程温差修正系数
315初选换热器规格
（1）知程走乙醇水溶液壳程走饱蒸气根化工原理课程设计P22表25壳程水蒸气冷凝加热水溶液（似作）（μ<20×Pa•s）总传热系数验值范围1160~4070μ／（m2•℃）初选2000W／（m•℃）
∴
国列式换热器系列标准中传热φ19mm×2mmφ25mm×2mmφ25mm×25mm采径单位体积传热面积增结构紧凑金属耗量减少传热系数提高计算直径换热器换热φ25mm改φ19mm传热面积增加40％左右节约金属20％径阻力便清洁易结垢堵塞般径子粘度污浊流体径子较清洁流体
课题涉流体均较清洁选19mm×2mm
根传热径流速确定单程传热数：
换热常长﹑﹑﹑﹑﹑﹑
壳径D
426mm
长L
3m
公称面积S
209
子直径
程数
2
子排列方式
正三角形排列
数n
120
换热器实际换热面积
32 核算总传热系数
321计算程流传热系数
322计算壳程流传热系数
卧式换热器壳程蒸汽水束外冷凝传热假设冷凝液膜滞流选式计算
定性温度：蒸汽冷凝热取饱温度值余物性取液膜均温度值
设外壁温度tw112℃冷凝液膜均温度
℃
查出膜温水物性常数：
正三角形排列横束中心线数：
323 确定污垢热阻
化工原理课程设计查：
324核算总传热系数K估
材碳钢导热系数
选该换热器时求程实际传热面积传热务规定条件计算出选择换热器安全裕量137 （10~25间）该换热器传热面积裕量符合求
325 核算壁温冷凝液流型
核算壁温时般忽略壁热阻根列似关系核算tw值
33计算压强降
壳程蒸汽等温等压冷凝传热压强降忽略面仅计算程压强降
取碳钢壁粗糙度
摩擦数图查
回弯压强降验公式估算
子
面计算知该换热器压强降符合题设求选换热器合适
4．换热器结构设计
41板材料结构
选择板材料时力学性外应考虑程壳程流体腐蚀性板换热间电位差腐蚀影响流体腐蚀性轻微腐蚀性时板般采碳钢制造压力容器
满足强度前提应量减板厚度薄板温差场合般厚度10~15um突出优点节约板材料般节约70~80压力较高时节约90常面型薄板
42传热排列分程方法
子排列方法常正三角形直列正三角形错列正方形直列正方形错列
正三角形错列 正方形直列 正方形错列
正三角形排列较紧凑定壳径排列较子传热效果外清洗较困难正方形排列外清洗方便适壳程中流体易结垢情况传热效果较正三角形差排列方式中常正三角形错列壳侧流体清洁易结垢者壳侧污垢化学处理掉场合设计中采正三角形错列排列方式隔板两侧采正方形直列
采组合排列法程均正确排列（三角形排列利流体达湍流排列）隔板两侧采正方形排列（正方形排列助壳程清流）取心距查化工设备机械基础表154t25mm
横束中心线板根（子正三角形排列时）
43壳体径
采单程结构浮头式换热器言换热器壳体径应等板直径：
中D壳体径m
t中心距m 胀法取 传热外径
44折流挡板
采弓形折流板般切缺率（切掉圆弧高度壳径）通常20~45取弓形折流板圆缺高度壳体流25切圆缺高度
（常折流板间距100mm150mm200mm300mm450mm600mm800mm1000mm）
折流板间标准径50mm距允许压力损失范围希般推荐折流板间距壳径
折流板圆缺面水装配般应束两端折流板壳程进出口余折流板子效长度等距布置
板折流板板间距离l应式计算：
中：——壳程接位置尺寸mm
——板名义厚度mm
——防板长度防板时应接径mm
该台换热器折流板排列示意图示：
壳程流体进出口接：取关蒸汽流速（化工原理表13饱蒸气流速20~40选取）
接径
板换热采焊接连接复合板复层厚度般3mm
45换热板连接
设计压力40MPa设计温度操作中剧烈振动温度波动明显应力腐蚀选择部分胀接
较振动缝隙腐蚀场合强度焊接材料焊性场合壳体板连接采焊接形式
胀焊密封性求较高承受振动疲劳载荷缝隙腐蚀需采复合板等场合
胀焊方法仅改善连接处抗疲劳性消应力腐蚀缝隙腐蚀提高寿命
采胀焊接接合接法
46壳体箱材料选择
设计换热器属常规容器工厂中采低碳低合金钢制造综合成条件等考虑选择壳体箱材料
低碳低合金钢具优良综合力学性制造工艺性强度韧性耐腐蚀性低温高温性均优相含碳量碳素钢时采低合金钢减少容器厚度减轻重量节约钢材
47导流筒防板
程采轴入口接换热流体流速超 时腐蚀气体蒸汽气液混合物时减少流体均匀分布流体换热直接蚀应壳程进口处设置防防外表面圆筒壁距离应接外径防直径边长应接外径出50mm防厚度：碳钢45mm
壳程流体程换热流体流速台换热器壳程程需设置防板
进出口接受法兰开孔补强等尺寸限制板易造成死区设置导流筒仅防止进口处高速流体束直接击壳程流体达较均匀分布
48接位置计算
换热器设计中方便传热面积充分利壳程流体进出口接应量两端板箱进出口接应量箱法兰缩短箱壳体长度减轻设备重量然保证设备制造安装口距板板密封面基准
壳程接位置尺寸：
箱接位置尺寸：
中S壳体厚度
49拉杆定距
般碳钢采拉杆定距形式定距直径换热相
1拉杆结构尺寸
a．拉杆结构形式
换热外径束选拉杆定距结构
b．拉杆尺寸
拉杆长度L实际需确定
拉杆连接尺寸参考换热器设计手册表1636
c．拉杆直径位置 表16371638
换热外径 d0
拉杆直径
公称直径 DN
接 4
d．拉杆位置
拉杆应量均匀布置束外边缘
e．定距尺寸
定距尺寸程锈钢程碳钢换热器选锈钢换热器外径相碳钢作定距定距长度实际需确定
410 排液口排气口
卧式换热器排气口排液口分开壳体封头顶部底部
411支座
卧式换热器采鞍式支座支座中少端基础滑动补偿壳体伸缩
化工设备机械基础附表122BI型鞍座标准系列（DN159426）
412法兰设计
法兰连接结构功般原出发应满足列基求：工作条件法兰泄漏量控制工艺允许范围种情况受定外载力具足够强度便次拆装致影响密封性结构简单成低廉 批生产法兰连接象标准件应特突出互换性求
4121筒体法兰
适乙型焊法兰（JB47022000）查化工机械设备基础附表102 P450
螺柱M20 16
4122接法兰 （P461 化工设备机械基础 附表1113）
D
L
N
C
理质量
程
150mm
300mm
250mm
26mm
M24
8
30mm
108Kg
壳程
250mm
395mm
350mm
22mm
M20
12
26mm
119Kg
413泵选择
流量 扬程 118m
选择IS 8050200转数 1450
轴功率144Kw
电机功率22Kw
效率67离心泵满足求
5 校验
51接壁厚校验
课题选择Q235A采双层焊局部损探（）壁厚公式计算 ：
中：
取φ局部损检测双焊缝系数取
考虑修正系数时：
mm<6m符合求
考虑设备加工磨损取C18mm取整 时子伸出板高度h取05~1mm（P342化工设备机械基础）P173表1627换热伸出长度
务求预热40乙醇水溶液定程须保温层
根设计温度选保温层材料脲甲醛泡沫塑料物性参数：
表34 保温层物性参数
密度
（kg／m3）
导热系数
（kcal／mh℃）
吸水率
抗压强度
（kg／m３）
适温度
（℃）
13～20
00119～0026
12
025～05
190～+500
容器开孔仅消弱容器整体强度开孔引起应力集中接容器壁连接造成开孔边缘局部高应力开孔附成压力容器破坏源——疲劳破坏脆性裂口压力容器设计中必须充分考虑开孔补强问题补强圈筒体采搭焊接法
参考化工设备机械基础知开孔直径选补强圈补强结构形式补强圈材料器壁材料相
压容器圆筒：
强度削弱系数
选接A120×6720mm取补强圈径D295mm外径D465mm 补强圈厚度（等面积补强）圆整5mm
壳程流体接
符合求
伸出长度l200mm
补强圈厚度A120×6720mm
取补强圈径外径厚度：圆整5mm
板箱连接：采法兰连接（浮头式常采板拆式连接）
52封头设计校核
椭圆封头制作方便材少满足求选标准椭圆封头
箱长
中
焊点开孔点距离应200mm取箱长度400mm方便焊接配套取厚度6mmQ235A钢接处等长取150mm
钢板厚度负偏差局部损检测双面焊缝系数取
根工艺求腐蚀裕量
筒体名义厚度
取
效厚度
水压实验合格
53壳程筒体校核
壳体名义厚度
效厚度
水压试验合格
圆筒壳许压力：
符合求
54板子强度校核：
假设板厚度：
根壁金属横截面积：
开孔强度削弱系数（双程）
板简支考虑k值查化工设备设计图161162151
板应力
筒体径截面积
板孔占总截面积
系数
系数
量压差
子应力
板子强度校核：
55温差应力补偿
选浮头式换热器 两端板壳体固定连接壳体轴伸缩浮头浮头板钩圈浮头端盖组成拆连接束壳体抽出换热器壳体温差存壳体换热膨胀时互约束会产生温差应力浮头式适温差范围较选膨胀节
56拉拖力校验
换热拉脱力必须许拉脱力[q] 查表1513化工设备机械基础
焊接钢许拉脱力
式中
中：——换热伸出长度查GB1511999知
——坡口深度
明显
6 换热器结构尺寸计算结果列表：
项目
结果
单位
换热器公称直径D
426
换热器程数Np
2
换热器子总数N
120
根
换热器单长度L
3
换热器子规格
换热器子排列方式
正三角形排列
心距
25
板厚度T
15
折流板间距B
200
折流板数NB
14
根
折流板外径
325
折流板厚度
6
壳体厚度d
6
壳程流体进出口接规格
程流体进出口接规格
封头厚度d
8
封头径
450
封头曲面高度
112
封头直径高度
25
传热负荷Q
3780
kw
饱蒸汽流量
18
kgs
乙醇水溶液流量
175
kgs
初步估算传热面积A
181
m2
程流速
193
ms
壳程传热系数
39197
程传热系数
59630
总传热系数K
1360．5
需传热面积
183
实际传热面积
208
传热面积裕度
137
校核壁温
1127
oC
程压降
87894
Pa
壳层压降
31390
Pa
7 课程设计心
期两周化工原理课程设计转眼间结束程中辛苦收获付出更汗水通两周合作次学工作中收获许
刚开始时知道做什没根课题设计方案计算机绘图谓窍通切头学起团队简单分工开始设计路
计算程复杂面种数常算头密密麻麻写页然开始电脑里输入编辑简单程费久终输完CAD制图头开始件简单事点条线整套图形作出量努力负责Word文档编辑相简单工作繁杂工作量沉重常感觉手抽筋编辑工作解特深入期间遇种样问题深刻暴露学程中细节性知识盲点通请教老师学奋战两星期终完成浩工程编辑结束着四十页文档心里豪感油然生然部分细节字母数字公式编辑需进步完善老师指点文档通篇修改遍
次设计中感受团队合作重性工作学程中丝苟精神探索精神重意义程中步需付出努力需认真环紧密联系起懂东西需钻研外寻找资料请教老师非常方式
课程设计结束时刻感谢组员通力合作感谢老师学予私帮助日子里需进步发扬合作精神努力奋斗果够完美方希老师进步指正教育肯定会第时间进行修改
8 符号说明
P——压力Pa Q——传热速率W
R——热阻㎡·KW Re——雷诺准数
S——传热面积㎡ t——冷流体温度℃
T——热流体温度℃ u——流速ms
——质量流速㎏h KC——传热系数W(m·K)
——限差值 ——导热系数W(m·K)
——粘度Pa·s ——密度㎏m3
——校正系数 r——转速n(rmin)
H——扬程m ——必须汽蚀余量m
A——实际传热面积 Pr——普郎特系数
△tm——均传热温差℃ K——总传热系数W(㎡·K)
——体积流量 N——数根
Np——程数 l——长m
附录
1相关符号说明
希腊字母
α
ξ
η
θ
λ
μ
ρ
τ
ψ
流传热系数
W(m0c)
阻力系数
效率
固体物料温度0c
导热系数
粘度
密度
kgm3
停留时间s
分布板开孔率
2常见设备分类代号
设备类
代号
设备类
代号
塔
T
火炬烟囱
S
泵
P
容器槽罐
V
压缩机风机
C
起重运输设备
L
换热器
E
计量设备
W
反应器
R
机械
M
工业炉
F
设备
X
3仪表功代号
功
代号
功
代号
功
代号
指示
Z
积算
S
连锁
L
记录
J
信号
X
变速
B
调节
T
手动控制
K
附录二
（1）乙醇水物理性质
项目
分子式
分子量
沸点
界温度
乙醇A
C2H5OH
4607
783
51625
水B
H2O
1802
100
64815
（2）乙醇水tx(y)数
温度t℃
液相中乙醇摩尔分率
气相中乙醇摩尔分率
100
00000
00000
955
00190
01700
89
00721
03891
867
00966
04375
853
01238
04704
841
01661
05089
827
02337
05445
823
02608
05580
815
03273
05826
807
03965
06122
798
05079
06564
797
05198
06599
793
05732
06841
7874
06763
07385
7841
07472
07815
7815
08943
08943
(3)乙醇水相衡数
液相中乙
醇含量
摩尔分数)
汽相中乙
醇含量
(摩尔分数)
液相中乙
醇含量
(摩尔分数)
汽相中乙
醇含量
(摩尔分数)
液相中乙
醇含量
(摩尔分数)
汽相中乙
醇含量
(摩尔分数)
0
0
01153
04608
03895
06102
400E05
530E04
01208
0469
04
06144
400E04
00051
01264
04749
04102
06161
550E04
00077
01319
04808
04209
06222
800E04
00103
01377
04868
04317
06252
00012
00157
01435
0493
04427
06299
00016
00198
01495
04977
04541
06343
00019
00248
01555
05027
04655
06391
00023
0029
01615
05078
04774
06421
00027
00333
01677
05127
04892
0647
00031
003725
01741
05167
05016
06534
00035
00412
01803
05243
05139
06581
00039
0045
01868
05268
05268
06628
00079
00876
01934
05309
05409
06692
00119
01275
02012
05344
05534
06742
00161
01634
02068
05376
05671
06807
00201
01868
02138
05412
05811
06876
00243
02145
02278
05454
05955
06959
00286
02396
02351
0548
06102
07029
00329
02621
02425
05522
06252
07110
00373
02812
025
05548
06405
07186
00416
02992
02575
05574
06564
07271
00461
03156
02633
05603
06727
07361
00507
03306
0273
05644
06892
07469
00551
03451
02812
05671
07063
07582
00598
03583
02893
05712
07236
07693
00646
03698
0298
05745
07415
07809
00686
03806
03061
05777
07599
07926
00741
03916
03147
05811
07788
08042
00795
04018
03234
05839
07982
08183
00841
04127
03324
05878
08182
08325
00892
04209
03416
0591
08387
08491
00942
04294
03509
05955
08597
0864
00993
04382
03602
05984
08815
08825
01048
04461
03698
06029
08941
08941
参考文献
1 国家标准行业标准：
⑴GB1501999钢制压力容器
⑵GB1511999壳式换热器
⑶压力容器安全技术监察规程1999年
⑷JB／T4700～47072000压力容器法兰
⑸JB／T4714－92浮头式换热器冷凝器型式基参数
⑹JB／T4718－92壳式换热器金属包垫片
⑺JB／T4721－92外头盖侧法兰
⑻JB／T4712－92鞍式支座
⑼HG20592～20635－97钢制法兰垫片紧固件
⑽JB／T4736－2002补强圈
⑾JB／T4746－2002钢制压力容器封头
⑿HG20580－～HG205811998钢制化工容器设计基础规定等
⒀CD130A20－86化工设备设计文件编制规定
⒁TCED41002－2000化工设备图样技术求
⒂JB4726－94压力容器碳素钢低合金钢锻件
2 参考书：
[1]化工设备设计王学生惠虎编华东理工学出版社2011
[2]化工原理课程设计天津学化工学院 柴诚敬王军张缨编天津科学技术出版社2009
[3]化工原理（第二版）崔鹏魏凤玉编 合肥工业学出版社20037
[4]化工设备机械基础喻健良编连理工学出版社2009
[5]换热器设计手册钱颂文编化学工业出版社2002
[6]化工设备机械基础课程设计指导书（第二版）蔡红宁张莉彦编化学工业出版社2010
[7]化工设备识图制图陆怡编中国石化出版社2011
[8]化工设备机械基础学指导喻健良编连理工学出版社2009
[9]AutoCAD标准培训教程2008中文版程光远编著电子工业出版社2009
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