1、 課 程 設 計 說 明 書課程名稱： 化工原理課程設計 設計題目： 列管式換熱器的設計 院 系： 化學與環境工程學院 學生姓名： 學 號： 專業班級： 化學工程與工藝（2） 指導教師： 課程設計任務書設計題目列管式換熱器學生姓名 所在院系化學與環境工程學院專業、年級、班化學工程與工藝（2）設計要求：(1)根據換熱任務和有關要求確認設計方案;(2)初步確認換熱器的結構和尺寸;(3)核算換熱器的傳熱面積和流體阻力;(4)確認換熱器的工藝結構.學生應完成的工作： 計算換熱器所需數據，根據數據設計符合要求的換熱器參考文獻閱讀：1柴誠敬,賈紹義等化工原理課程設計M北京：化學工業出版社2余國琮等化工容器

2、及設備M北京：化學工業出版社，19803匡國柱，史啟才化工單元過程及設備課程設計M北京：化學工業出版社，2021 4化工設備技術全書編委會換熱器設計M上海：上海科學技術出版社，19885徐中全譯，尾花英郎著熱交換器設計手冊M北京：石油工業出版社，1982工作計劃：分兩周完成,從11月7號到13號處理計算數據,14號到20號繪制換熱器裝配圖.任務下達日期： 任務完成日期： 指導教師（簽名）： 學生（簽名）： 列管式換熱器設計任務書設計一臺列管式換熱器一、 設計任務及操作條件(1) 處理能力 1×105 t/a熱水(2) 設備型式 列管式換熱器(3) 操作條件 熱水:入口溫度80,出口溫

3、度60. 冷卻介質:循環水,入口溫度32,出口溫度40. 允許壓降:不大于105Pa. 每年按300天計算,每天24小時連續運行.二、 設計要求及內容(1) 根據換熱任務和有關要求確認設計方案;(2) 初步確認換熱器的結構和尺寸;(3) 核算換熱器的傳熱面積和流體阻力;(4) 確認換熱器的工藝結構.摘要：通過對列管式換熱器的設計，首先要確定設計的方案，選擇合適的計算步驟。查得計算中用到的各種數據，對該換熱器的傳熱系數 傳熱面積 工藝結構尺寸等等要進行核算，與要設計的目標進行對照是否能滿足要求，最終確定換熱器的結構尺寸為設計圖紙做好準備和參考，來完成本次課程設計。關鍵詞：標準 方案 核算 結構尺

4、寸 目錄一.概述.6二.方案的設計與擬定.6三.設計計算.9 3.1確定設計方案.9 3.1.1選擇換熱器的類型.9 3.1.2流動空間及流速的測定.9 3.2確定物性數據.9 3.3計算總傳熱系數.10 3.3.1熱流量10 3.3.2平均傳熱溫差10 3.3.3冷卻水用量.11 3.3.4總傳熱熱數.113.4計算傳熱面積.11 3.5工藝結構尺寸.12 3.5.1管徑與管內流速.12 3.5.2管程數與傳熱管數.123.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數.123.5.4傳熱管排列和分程方法.13 3.5.5殼體內徑.13 3.5.6折流板.13 3.5.7接管.14 3.6換熱器核算.14

5、3.6.1熱量核算.14 3.6.1.1殼程對流傳熱系數.14 3.6.1.2管程對流傳熱系數.15 3.6.1.3傳熱系數K.15 3.6.1.4傳熱面積S.16 3.6.2換熱器內流體的流動阻力 .16 3.6.2.1管程流動阻力.16 3.6.2.2殼程阻力.17 3.6.2.3換熱器的主要結構尺寸和計算結果.18四設計小結.19一.概述在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器,簡稱為換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體,一種流體溫度較高,放出熱量;另一種流體則溫度較低,吸收熱量。在化工、石油、動力、制冷、食品等行業中廣泛使用各種換熱器,它們也是這些行業的通用設備,并占有十分

6、重要+9+的地位。隨著換熱器在工業生產中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器也各有優缺點，性能各異。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業上的應用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據主導地位。二.方案設計和擬訂根據任務書給定的冷熱流體的溫度，來選擇設計列管式換熱器中的固定管板式換熱器；再依據冷熱流體的性質，判斷其是否易結垢，來選擇管程走什么，殼程走什么。在這里，冷水走管程，熱水走殼程。從手冊中查得冷熱流體的物性數據，如密度，比熱容，導熱系數，黏度。計算出總傳熱系數，再計算出傳熱面積。根據管徑管內流速，確定傳熱管數，標準傳熱管長為3m，算出傳熱管程，傳熱管總根

7、數等等。再來就校正傳熱溫差以及殼程數。確定傳熱管排列方式和分程方法。根據設計步驟，計算出殼體內徑，選擇折流板，確定板間距，折流板數等，再設計殼程和管程的內徑。分別對換熱器的熱量，管程對流系數，傳熱系數，傳熱面積進行核算，再算出面積裕度。最后，對傳熱流體的流動阻力進行計算，如果在設計范圍內就能完成任務。根據固定管板式的特點：結構簡單，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結垢的物料。U形管式特點：結構簡單，質量輕，適用于高溫和高壓的場合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結垢的物料。浮頭式特點：結構復雜、造價高，便于清洗和檢修，完全消除溫差應力，應用普遍。我們設計的換熱器的流體是冷

8、熱水，不易結垢，再根據造價低，經濟的原則我們選用固定管板式換熱器。根據以下原則：(1) 不潔凈和易結垢的流體宜走管內，以便于清洗管子。(2) 腐蝕性的流體宜走管內，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。(3) 壓強高的流體宜走管內，以免殼體受壓。(4) 飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數與流速關系不大。(5) 被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。(6) 需要提高流速以增大其對流傳熱系數的流體宜走管內，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。(7)&#

9、160;粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>3000)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數。我們選擇冷水走管程，熱水走殼程。流體流速的選擇：增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。所以適宜的流速要通過經濟衡算才能定出。此外，在選擇流速時，還需考慮結構上的要求。例如，選擇高的流速，使管子的數目減少，對一定的傳熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數。管子太長不易清洗，

10、且一般管長都有一定的標準；單程變為多程使平均溫度差下降。這些也是選擇流速時應予考慮的問題。在本次設計中，根據表換熱器常用流速的范圍，取管內流速。管子的規格和排列方法：選擇管徑時，應盡可能使流速高些，但一般不應超過前面介紹的流速范圍。易結垢、粘度較大的液體宜采用較大的管徑。我國目前試用的列管式換熱器系列標準中僅有25×2.5mm及19×2mm兩種規格的管子。在這里，選擇 25×2.5mm管子。管長的選擇是以清洗方便及合理使用管材為原則。長管不便于清洗，且易彎曲。一般出廠的標準鋼管長為6m，則合理的換熱器管長應為1.5、2、3或6m。此外，管長和殼徑應相適應

11、，一般取L/D為46(對直徑小的換熱器可大些)。在這次設計中，管長選擇2m。管子在管板上的排列方法有等邊三角形、正方形直列和正方形錯列等，等邊三角形排列的優點有:管板的強度高；流體走短路的機會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數較高；相同的殼徑內可排列更多的管子。正方形直列排列的優點是便于清洗列管的外壁，適用于殼程流體易產生污垢的場合；但其對流傳熱系數較正三角排列時為低。正方形錯列排列則介于上述兩者之間，即對流傳熱系數(較直列排列的)可以適當地提高。在這里選擇三角形排列。 管子在管板上排列的間距 (指相鄰兩根管子的中心距)，隨管子與管板的連接方法不同而異。通常，脹管法取t=(1.

12、31.5) do，且相鄰兩管外壁間距不應小于6mm，即t(d+6)。焊接法取t=1.25do。 管程和殼程數的確定  當流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數很多時，有時會使管內流速較低，因而對流傳熱系數較小。為了提高管內流速，可采用多管程。但是程數過多，導致管程流體阻力加大，增加動力費用；同時多程會使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設計時應考慮這些問題。列管式換熱器的系列標準中管程數有1、2、4和6程等四種。采用多程時，通常應使每程的管子數大致相等。根據計算，管程為4程，殼程為單程。折流擋板：安裝折流擋板的目的，是為了加大殼程流體的速度，使湍動程度加劇

13、，以提高殼程對流傳熱系數。最常用的為圓缺形擋板，切去的弓形高度約為外殼內徑的1040，一般取2025，過高或過低都不利于傳熱。兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內徑D的(0.21)倍。系列標準中采用的h值為:固定管板式的有150、300和600mm三種，板間距過小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過大，流體就難于垂直地流過管束，使對流傳熱系數下降。這次設計選用圓缺形擋板。換熱器殼體的內徑應等于或稍大于(對浮頭式換熱器而言)管板的直徑。初步設計時，可先分別選定兩流體的流速，然后計算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標準中查出外殼的直徑。主要構件的選用：  （1）封頭 封

14、頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體(一般小于400mm)，圓形用于大直徑 的殼體。 （2）緩沖擋板 為防止殼程流體進入換熱器時對管束的沖擊，可在進料管口裝設緩沖擋板。（3）導流筒 殼程流體的進、出口和管板間必存在有一段流體不能流動的空間(死角)，為了提 高傳熱效果，常在管束外增設導流筒，使流體進、出殼程時必然經過這個空間。 （4）放氣孔、排液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝性氣體和冷凝液等。 （5）接管尺寸 換熱器中流體進、出口的接管直徑由計算得出。最后材料選用：列管換熱器的材料應根據操作壓強、溫度及流體的腐蝕

15、性等來選用。在高溫下一般材料的機械性能及耐腐蝕性能要下降。同時具有耐熱性、高強度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好，但價格高且較稀缺，應盡量少用。這里選用的材料為碳鋼。三.設計計算3.1確定設計方案3.1.1 選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度80，出口溫度60；冷流體（循環水）進口溫度32，出口溫度40。該換熱器用循環冷卻水冷卻，熱流體為熱水，為不易結垢和清潔的流體。冬季操作時進口溫度會降低，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較小，因此初步確定選用帶

16、膨脹節的固定管板式換熱器。3.1.2 流動空間及流速的測定由于循環冷卻水較易結垢，為便于水垢清洗，應使循環水走管程，熱水走殼程。選用25×2.5的碳鋼管，根據表三管內流速取u i=1.2m/s。.3.2確定物性數據 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 殼程熱水的定性溫度為 T=70（） 管程流體的定性溫度為 t=36 () 根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數據。 水在70下的有關物性數據如下： 密度 定壓比熱容） 導熱系數 =0.668W/()黏度 循環冷卻水在36下的物性數據：密度 定壓比熱容） 導熱系數 黏度 3.3計算總傳熱系數3.3.1 熱流量mo=13888

17、.9(kg/h)1163×10³KJ/h=323.1Kw3.3.2 平均傳熱溫差 3.3.3 冷卻水用量 3.3.4總傳熱系數K管程傳熱系數殼程傳熱系數.假設殼程傳熱系數w/(m²,0.000344/w，=0.000172m²/w,則 總傳熱系數為： 3.4計算傳熱面積 S=Q/Ktm=13.3m²考慮到15%的面積裕度S=1.15S=15.3m²3.5工藝結構尺寸3.5.1 管徑和管內流速 選用傳熱管(碳鋼),取管內流速3.5.2 管程數和傳熱管數 依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數 按單程管計算,所需的傳熱管長度為 按單程管設計

18、,傳熱管過程,宜采用多管程結構。現取傳熱管長， 則該換熱器管程程數為 傳熱管總根數3.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數 平均傳熱溫差校正系數 按單殼程, 2管程結構,溫差校正系數應查附圖六對數平均溫度校正系數。 但的點在圖上難以讀出，因而相應以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線， 可得 平均傳熱溫差 3.5.4 傳熱管排列和分程方法采用組合排列法,即每程內均按正三角排列,隔板兩惻采用正方形排列.取管心距,則橫過管束中心線的管數 3.5.5 殼體內徑 采用多管程結構,取管板利用率0.8,則殼體內徑為 圓整可取3.5.6 折流板 采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%,則切去的圓缺

19、高度為 , 故可取。 取折流板間距0.3D 則0.3×400=120mm 可取B為150mm。 折流板數 2021 /150-113（塊） 折流板圓缺面水平裝配。3.5.7 接管 殼程流體進出口接管:取接管內熱水流速為u=0.8m/s為 取標準管徑為80mm。 管程流體進出口接管：取接管內循環水流速，則接管內徑為 取標準管徑為100mm。3.6換熱器核算3.6.1 熱量核算3.6.1.1 殼程對流傳熱系數 對圓缺形折流板,可采用克恩公式 當量直徑,由正三角形排列得 m 殼程流通截面積 m² 殼程流體流速及其雷諾數分別為 普蘭特準數 粘度校正 3.6.1.2 管程對流傳熱系數

20、 管程流通截面積 管程流體流速及其雷諾數分別為 普蘭特準數 3.6.1.3 傳熱系數 K 3.6.1.4 傳熱面積 S 該換熱器的實際傳熱面積 該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度適宜,該換熱器能夠完成生產任務3.6.2 換熱器內流體的流動阻力3.6.2.1 管程流動阻力 , , 由，傳熱管相對粗糙度，查圖摩擦系數與雷諾準數及相對粗糙度的關系得，流速， 所以 管程流動阻力在允許范圍之內。3.6.2.2 殼程阻力 , 流體流經管束的阻力 13 13， 流體流過折流板缺口的阻力 ， 總阻力 po=(1881.1+1584) ×1.15×1=3984.75 (Pa)<105

21、Pa 殼程流動阻力也比較適宜。3.6.2.3 換熱器主要結構尺寸和計算結果 換熱器主要結構尺寸和計算結果見下表。換熱器型式：固定管板式管口表換熱面積：14.915符號尺寸用途連接型式工藝參數a循環水出口平面名稱管程殼程b熱水入口平面物料名稱冷水熱水c排氣口凹凸面操作壓力,0.80.8d f放凈口凹凸面操作溫度,32/4080/60e熱水出口凹凸面流量,3563313888.9g循環水入口凹凸面流體密度，kg/m3994977.8管數108管長，mm2021 流速，m/s1.170.301管間距32排列方式正三角形傳熱量，kW323.1間距150mm管子規格25×2.5總傳熱系數，W/

22、m2·722.67殼體內徑400mm折流板型式 上 下對流傳熱系數，W/m2·42092336污垢系數，m2·K/W0.0003440.000172保溫層厚度，mm阻力降，MPa0.0265330.000398475程數41推薦使用材料碳鋼碳鋼四.設計小結通過此次設計，了解了很多關于換熱器的知識，如換熱器的選型，換熱器結構和尺寸的確定，以及計算換熱器的傳熱面積和流體阻力等等。最最重要的是我深刻認知做設計計算時要非常認真，因為一不留神就會出錯，如果前面錯了沒發現，后面就全錯,這是設計中的禁忌。還有，雖然換熱器的設計比精餾塔的簡單很多，但是還是要付出努力才可以的。同時

23、，也要感謝老師及同學的互相幫助。指導教師評語：課程設計報告成績： ，占總成績比例： 課程設計其它環節成績：環節名稱： ，成績： ，占總成績比例： 環節名稱： ，成績： ，占總成績比例： 環節名稱： ，成績： ，占總成績比例： 總成績： 指導教師簽字：年 月 日 論大學生寫作能力 寫作能力是對自己所積累的信息進行選擇、提取、加工、改造并將之形成為書面文字的能力。積累是寫作的基礎，積累越厚實，寫作就越有基礎，文章就能根深葉茂開奇葩。沒有積累，胸無點墨，怎么也不會寫出作文來的。寫作能力是每個大學生必須具備的能力。從目前高校整體情況上看，大學生的寫作能力較為欠缺。一、大學生應用文寫作能力的定義那么，大

24、學生的寫作能力究竟是指什么呢？葉圣陶先生曾經說過，“大學畢業生不一定能寫小說詩歌，但是一定要寫工作和生活中實用的文章，而且非寫得既通順又扎實不可。” 對于大學生的寫作能力應包含什么，可能有多種理解，但從葉圣陶先生的談話中，我認為：大學生寫作能力應包括應用寫作能力和文學寫作能力，而前者是必須的，后者是“不一定”要具備，能具備則更好。眾所周知，對于大學生來說，是要寫畢業論文的，我認為寫作論文的能力可以包含在應用寫作能力之中。大學生寫作能力的體現，也往往是在撰寫畢業論文中集中體現出來的。本科畢業論文無論是對于學生個人還是對于院系和學校來說，都是十分重要的。如何提高本科畢業論文的質量和水平，就成為教育

25、行政部門和高校都很重視的一個重要課題。如何提高大學生的寫作能力的問題必須得到社會的廣泛關注，并且提出對策去實施解決。二、造成大學生應用文寫作困境的原因： （一）大學寫作課開設結構不合理。 就目前中國多數高校的學科設置來看，除了中文專業會系統開設寫作的系列課程外，其他專業的學生都只開設了普及性的大學語文課。學生寫作能力的提高是一項艱巨復雜的任務，而我們的課程設置僅把這一任務交給了大學語文教師，可大學語文教師既要在有限課時時間內普及相關經典名著知識，又要適度提高學生的鑒賞能力，且要教會學生寫作規律并提高寫作能力，任務之重實難完成。 （二）對實用寫作的普遍性不重視。 “大學語文”教育已經被嚴重地“邊

26、緣化”。目前對中國語文的態度淡漠，而是呈現出全民學英語的大好勢頭。中小學如此，大學更是如此。對我們的母語中國語文，在大學反而被漠視，沒有相關的課程的設置，沒有系統的學習實踐訓練。這其實是國人的一種偏見。應用寫作有它自身的規律和方法。一個人學問很大，會寫小說、詩歌、戲劇等，但如果不曉得應用文寫作的特點和方法，他就寫不好應用文。 （三）部分大學生學習態度不端正。 很多非中文專業的大學生對寫作的學習和訓練都只是集中在大學語文這一門課上，大部分學生只愿意被動地接受大學語文老師所講授的文學經典故事，而對于需要學生動手動腦去寫的作文，卻是盡可能應付差事，這樣勢必不能讓大學生的寫作水平有所提高。 （四）教師

27、的實踐性教學不強。 學生寫作能力的提高是一項艱巨復雜的任務，但在教學中有不少教師過多注重理論知識，實踐性教學環節卻往往被忽視。理論講了一大堆，但是實踐卻幾乎沒有，訓練也少得可憐。閱讀與寫作都需要很強的實踐操作，學習理論固然必不可少，但是閱讀方法和寫作技巧的掌握才是最重要的。 由于以上的原因，我們的大學生的寫作水平著實令人堪憂，那么如何走出這一困境，筆者提出一些建議，希望能對大學生寫作水平的提高有所幫助。 三、提高大學生應用寫作能力的對策 （一）把應用寫作課設置為大學生的必修課。 在中國的每一所大學，應用寫作應該成為大學生的必修課。因為在這個被某些人形容為實用主義、功利主義甚囂塵上的時代，也是個人生存競爭最激烈的時代，人們比任何時代都更需要學會寫作實用性的文章，比如職場競爭中的求職信，生活中的財經文書、法律文書等，以提高個人的生存競爭能力。 （二