1、化工原理课程设计化工原理课程设计题目题目 学 院：化学化工学院 专 业：化学工程与工艺 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期：2013 年 8 月 25 日 摘 要 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热 器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天 火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能 等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是 提高能源利用率的主要设备之一。 换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某 一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。 由于
2、制造工艺和科学水平 的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重， 如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅 单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成 为一种典型的换热器 二十世纪 20 年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成 的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30 年代初， 瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金 材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30 年代末，瑞典又制 造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性 介
3、质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60 年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高 效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制 造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广 泛应用。此外，自 60 年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能 的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70 年代中期，为了 强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。 70 年代末随着能源矛盾的日益突出，国内冶金工业炉开始大量采用换 热器，其中绝大多数是金属对流换热器。当时最受青睐的是翅片管换热器， 它的换热元件是带
4、有内外翅片的铸钢管。由于单位体积内的换热面积大， 所以换热器整体效率高，占地小，适合旧有炉子改造位置紧张的条件。但 由于铸造产品质量控制难度大，裂、漏现象严重，而且膨胀问题也成为薄 弱环节，更有令人头痛的积灰问题，限制了翅片管换热器的应用水平。自 80 年代后期以来，各种轧制管材的换热器逐渐取代了翅片管换热器。虽然 其单位体积内的换热量没有翅片换热器大，但它的质量稳定，寿命长，阻 力损失也不太大，得到广大用户的喜爱。目前应用最多的是管式换热器， 其换热管是无缝钢管，有时管内加插件以强化传热，材质是碳钢或碳钢渗 铝或耐热钢。近年来，材质水平又有了新的提高 管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点
5、在各工业领域中得到 最为广泛地应用。近年来尽管受到了其他新型换热器的挑战但反过来 也促进了其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今大，管壳式 换热器仍占主导地位。 根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、 浮头式、U 型管式、 填料函式和釜式重沸器五类。 固定管板式换热器的典型结构如图 1 所示。管束连接到管板上，管板 与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑、承受较高的压力，造价低，管程 清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材 料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。这种换 热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗。管、壳程两侧温差不 大
6、或温差较大但壳侧压力不高的场合。为减少热应力，通常在固定管板式 换热器中设置柔性元件(如膨胀节、挠性管板等)，来吸收热膨胀差。 图 1 固定管板式换热器 固定管板式换热器的主要组合部件有前端管箱，壳体和后端结构（包括管 束）三部分组成。管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其结构简单紧凑， 排管多，能承受较高的压力，造价低，管内不宜结垢，管程清洗方便，管 子损坏时易于堵管或更换。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并 能进行清洗，管程和壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。 管程 壳程 换 热 面 积 推 荐 材 质 物 料 名 称 操 作 压 力 操 作 温 度 物料 名称 操 作 压 力 操 作 温 度 管 层 壳 层 冷却水 0.35 35-45 甲醇 0.45 35-90 126 20# 关键词：换热器 目录目录 1.1 换热器的简介换热器的简介 8 1.2 设计的目的和意义设计的目的和意义 错误!未定义书签。 1.3 换热器设计任务书换热器设计任务书 错误!未定义书签。 1.4 确定设计方案确定设计方案.错误!未定义书签。 1.5
