化工原理课程设计报告
换热器设计
目录
概述
11换热器设计务书 4
12换热器结构形式 7
2蛇式换热器 7
3套式换热器 7
13换热器材质选择 8
14板式换热器优点 9
15列式换热器结构 10
16板式换热器类型工作原理 11
17确定设计方案 12
21设计参数 12
22计算总传热系数 13
23工艺结构尺寸 14
24换热器核算 15
241热流量核算 16
242壁温计算 18
243．换热器流体流动阻力 19
概述
温度流体间传递热装置称热交换器简称换热器换热器中少两种温度流体种流体温度较高放出热量种流体温度较低吸收热量35％～40％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机理研究十分活跃新型高效换热器相继问世
着换热器工业生产中位作换热器类型种样类型换热器优缺点性异换热器设计中首先应根工艺求选择适类型然计算换热需传热面积确定换热器结构尺寸
换热器途分加热器冷器冷凝器蒸发器沸器深冷器热器等
换热器传热方式分：混合式蓄热式间壁式中间壁式换热器应广泛传热面形状结构特点分壳式换热器板面式换热器扩展表
面式换热器（板翅式翅式等）表21示
表21 传热器结构分类
类 型
特 点
间 壁 式
壳 式
列式
固定板式
刚性结构
壳温差较情况（般≤50℃）间清洗
带膨胀节
定温度补偿力壳程承受低压力
浮头式
外均承受高压高温高压场合
U型式
外均承受高压清洗检修困难
填料函式
外填料函
间容易泄漏宜处理易挥发易爆炸压力较高介质
填料函
密封性差压差较场合
釜式
壳体部蒸发空间沸蒸煮
双套式
结构较复杂高温高压场合固定床反应器中
套式
逆流操作传热面较冷器冷凝器预热器
螺旋式
沉浸式
流体冷冷凝外流体加热
喷淋式
流体冷冷凝
板面式
板式
拆洗方便传热面调整粘性较液体间换热
螺旋板式
进行严格逆流操作洁作作回收低温热
板式
结构紧凑拆洗方便通道较易堵求流体干净
板壳式
板束类似束抽出清洗检修压力太高
混合式
适允许换热流体间直接接触
蓄热式
换热程分阶段交进行适高温炉气中回收热场合
完善换热器设计选型时应满足项基求
（1）合理实现规定工艺条件
传热量流体热力学参数（温度压力流量相态等）物理化学性质（密度粘度腐蚀性等）工艺程规定条件设计者应根条件进行热力学流体力学
计算反复较设计换热器具传热面积单位时间传递热量具体做法
①增传热系数 综合考虑流体阻力发生流体诱发振动前提量选择高流速
②提高均温差 相变流体量采接逆流传热方式样仅提高均温差助减少结构中温差应力允许条件时提高热流体进口温度降低冷流体进口温度
③妥善布置传热面 例壳式换热器中采合适间距排列方式仅加单位空间传热面积改善流体流动特性错列束传热方式列束果换热器中侧相变侧流体气相气相侧传热面加翅片增传热面积更利热量传递
（2）安全
换热器压力容器进行强度刚度温差应力疲劳寿命计算时应遵国钢制石油化工压力容器设计规定钢制壳式换热器设计规定等关规定标准保证设备安全起着重作
（3）利安装操作维修
直立设备安装费低水倾斜设备设备部件应便运输装拆厂房移动时会受楼梯梁柱妨碍根需添置气液排放口检查孔敷设保温层
（4）济合理
评价换热器终指标：定时间（通常1年）固定费（设备购置费安装费等）操作费（动力费清洗费维修费等）总设计选型时果种换热器完成生产务需指标尤重
动力消耗流速方成正流速提高利传热存适宜流速
传热面垢层产生增厚传热系数断降低传热量减少必停止操作进行清洗清洗时仅法传递热量
支付清洗费部分费必须清洗传热条件改善补偿存适宜运行周期
严格讲果孤立仅换热器身进行济核算确定适宜操作条件适宜尺寸够全面应整系统中全部设备象进行济核算设备优化解决样问题难度影响换热器项素改变整系统效益关系影响时述观点单独换热器进行济核算然行
11换热器设计务书
1．设计题目
煤油冷器设计
设计课题工程背景：
石油化工生产程中常常需种石油产品（汽油煤油柴油等）进行冷设计某炼油厂冷煤油产品例学生熟悉列式换热器设计程
设计目：
通煤油产品冷列式换热器设计达学生解该换热器结构特点根工艺求选择适类型时根传热基原理选择流程确定换热器基尺寸计算传热面积计算流体阻力
2．设计务操作条件
（1）处理力 (1584 198221762455226928)×104吨年煤油
（2）设备型式 列式换热器
（3）操作条件
①煤油：入口温度（140℃120℃100℃）出口温度40℃
②冷介质：水入口温度30℃出口温度50℃
③允许压强降：105Pa
④年330天计天24时连续运行
（4）设计项目
①设计方案简介：确定工艺流程换热器型式进行简述
②换热器工艺计算：确定换热器传热面积
③换热器结构尺寸设计
④辅助设备选型
⑤绘制换热器总装配图
3．设计说明书容
（1）目录
（2）设计题目原始数(务书)
（3）述换热器总体结构(换热器型式结构)选择
（4）换热器加热程关计算(物料衡算热量衡算传热面积换热型号壳体直径等)
（5）设计结果概(设备尺寸衡算结果等)
（6）体设备设计计算说明
（7）零件强度计算（选做）
（8）附属设备选择（选做）
（9）参考文献
（10）记
4．设计图求
594×841图纸绘制换热器张：视图俯视图剖面图两局部放图
5．设计思考题
（1）设计列式换热器时通常应选标准型号换热器
什？
（2）什化工厂列式换热广泛？
（3）列式换热器中壳程挡板没挡板时流传热系数计算方法？
（4）说明列式换热器选型计算步骤？
（5）换热程中冷剂进出口温度什原确定？
（6）说明常换热标准规格（批径长）
（7）列式换热器中两流体流动方确定？较优缺点？
6 部分设计问题指导
（1）列式换热器基型式选择
（2）冷剂进出口温度确定原
（3）流体流选择
（4）流体流速选择
（5）子规格排列方法
（6）程数壳程数确定
（7）挡板型式
12换热器结构形式
1壳式换热器
壳式换热器称列式换热器种通标准换热设备具结构简单坚固耐造价低廉材广泛清洗方便适应性强等优点应广泛壳式换热器根结构特点分种：
（1） 固定板式换热器
固定板式换热器两端板壳体连起类换热器结构简单价格低廉外清洗困难宜处理两流体温差50℃壳方流体较清洁易结垢物料
带膨胀节固定板式换热器膨胀节弹性变形减温差应力种补偿方法适两流体温差70℃壳方流体压强高600Kpa情况
（2） 浮头式换热器
浮头式换热器板外壳连接该端称浮头束连浮头伸缩外壳膨胀关浮头式换热器束拉出便清洗检修适两流体温差较种物料换热应极普遍结构复杂造价高
（3） 填料涵式换热器
填料涵式换热器束端膨胀浮头式换热器相结构简单造价低壳程流体外漏性壳程处理易燃易爆流体
2蛇式换热器
蛇式换热器式换热器中结构简单操作方便种换热设备通常换热方式蛇式换热器分沉浸式喷淋式两类
3套式换热器
套式换热器两种直径直套起组成心套U型时次连接外外互相连接成优点结构简单耐高压传热面积根需增减适选择外径流体流速增两种流体呈逆流流动利传热换热器适高温高压流量流体间换热
13换热器材质选择
进行换热器设计时换热器种零部件材料应根设备操作压力操作温度流体腐蚀性材料制造工艺性等求选取然考虑材料济合理性般满足设备操作压力操作温度设备强度刚度角度考虑较容易达材料耐腐蚀性时成复杂问题方面考虑周选材妥仅会影响换热器寿命提高设备成材料制造工艺性换热器具体结构着密切关系
般换热器常材料碳钢锈钢
（1）碳钢
价格低强度较高碱性介质化学腐蚀较稳定容易酸腐蚀耐腐蚀性求环境中应合理般换热器普通缝钢常材料10号20号碳钢
（2）锈钢
奥氏体系锈钢1Crl8Ni9Ti代表标准188奥氏体锈钢稳定奥氏体组织具良耐腐蚀性冷加工性
正三角形排列结构紧凑正方形排列便机械清洗心圆排列壳径换热器外圆布均匀结构更紧凑国换热器系列中固定板式采正三角形排列浮头式正方形错列排列居正三角形排列
（2）板
板作受热束连接起程壳程流体分隔开
板子连接胀接焊接胀接法利胀器子扩胀产生显著塑性变形子板间挤压力达密封紧固目胀接法般子碳素钢板碳素钢低合金钢设计压力超4 MPa设计温度超 350℃场合
（3）封头箱
封头箱位壳体两端作控制分配程流体
①封头 壳体直径较时常采封头接封头法兰螺纹连接封头壳体间螺纹连接便卸封头检查清洗子
②箱 换热器流体进出口空间称箱壳径较换热器采箱结构清洗检修子时需拆箱箱结构应便装拆
③分程隔板 需换热面时采程换热器程换热器箱应设分程隔板束分次串接干组组子数目致相等样提高介质流速增强传热程者达16程常246程布置时应量程流体壳程流体成逆流布置增强传热时应严防分程隔板泄漏防止流体短路
14板式换热器优点
(1) 换热效率高热损失
工况条件 换热系数达6000W m2K 般工况条件 换热系数3000～4000 W m2K左右壳式换热器3～5倍设备身存旁路通设备流体板片波纹作形成湍流进行充分换热完成项换热程 板式换热器换热面积仅壳式1 3～1 4
(2) 占面积重量轻
设备身体积外 需预留额外检修安装空间换热板片厚度仅0 6～0 8mm样换热效果 板式换热器壳式换热器占面积重量少五分四
(3) 污垢系数低
流体板片间剧烈翻腾形成湍流 优秀板片设计避免死区存 杂质易通道中沉积堵塞保证良换热效果
(4) 检修清洗方便
换热板片通夹紧螺柱夹紧力组装起检修清洗时 仅需松开夹紧螺柱卸板片进行刷清洗
(5) 产品适面广
设备高耐温达180 ℃ 耐压2 0MPa 特适应种工艺程中加热冷热回收冷凝单元设备食品消毒等方面 低品位热回收方面 具明显济效益类材料换热板片适应工况腐蚀性求
然板式换热器存定缺点 工作压力工作温度高 限制较复杂工况中时板片通道较适宜杂质较颗粒较介质
15列式换热器结构
介质流传热通道部分称程
（1）换热布置排列间距
常换热规格ф19×2 mmф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)ф25×25 mm(碳钢10)直径子承受更压力壁较薄时相壳径排列较子单位体积传热面积更单位传热面积金属耗量更少换热板排列方式正方形直列正方形错列三角形直列三角形错列心圆排列
（A） （B）（C）
（D） （E）
图 14 换热板排列方式
(A) 正方形直列 （B）正方形错列 (C) 三角形直列
（D）三角形错列 （E）心圆排列
正三角形排列结构紧凑正方形排列便机械清洗心圆排列壳径换热器外圆布均匀结构更紧凑国换热器系列中固定板式采正三角形排列浮头式正方形错列排列居正三角形排列
（2）板
板作受热束连接起程壳程流体分隔开
板子连接胀接焊接胀接法利胀器子扩胀产生显著塑性变形子板间挤压力达密封紧固目胀接法般子碳素钢板碳素钢低合金钢设计压力超4 MPa设计温度超350℃场合
（3）封头箱
封头箱位壳体两端作控制分配程流体
①封头 壳体直径较时常采封头接封头法兰螺纹连接封头壳体间螺纹连接便卸封头检查清洗子
②箱 换热器流体进出口空间称箱壳径较换热器采箱结构清洗检修子时需拆箱箱结构应便装拆
③分程隔板 需换热面时采程换热器程换热器箱应设分程隔板束分次串接干组组子数目致相等样提高介质流速增强传热程者达16程常246程布置时应量程流体壳程流体成逆流布置增强传热时应严防分程隔板泄漏防止流体短路
16板式换热器类型工作原理
板式换热器组装方式分拆式焊接式钎焊式等形式换热板片波纹分字波直波球形波等形式 密封垫分粘结式搭扣式种形式进行组合满足工况需求中更针性样字形波纹板片采粘结式搭扣式密封垫 采搭扣式密封垫效避免胶水中含氯离子板片腐蚀 设备拆装更加方便焊接式板式换热器耐温耐压明显拆式板式换热器 达250 ℃2 5MPa 样板式换热器 形式样性应较广泛领域数热交换工艺程
然板式换热器种形式 工作原理致相板式换热器通外力换热板片夹紧组装起 介质通换热板片通孔板片表面进行流动 板片波纹作形成激烈湍流 犹筷子搅动杯中热水 加换热面积冷热介质分换热板片两侧流动湍流形成量换热面板片接触 通板片进行充分热传递达终换热效果冷热介质隔离通密封垫分割 者通量焊缝保证 换热板片开裂穿孔情况 冷热介质会发生混淆
17确定设计方案
1选择换热器类型
两流体温变化情况：热流体进口温度140℃ 出口温度40℃冷流体进口温度30℃出口温度40℃该换热器循环冷水冷冬季操作时进口温度会降低考虑素估计该换热器壁温度壳体温度差较初步确定选列式换热器
2 程安排
两物流操作压力应煤油走程循环冷水走壳程循环冷水较易结垢流速太低会加快污垢增长速度换热器热流量贱总体考虑应循环水走程煤油走壳程
21设计参数
煤油定性温度：
密度 ρ0＝825kgm3
定压热容 Cp0＝220kJkg℃
热导率 λ0＝014Wm℃
粘度 μ0＝0715mPa﹒s
水定性温度：
密度 ρi＝9944kgm3
定压热容 Cpi＝4143kJkg℃
热导率 λi＝0601W m℃
粘度 μi＝0955m Pa﹒s
22计算总传热系数
1热流量
kJh36568 KW
均传热温差
△tm1(△t1△t2)㏑(△t1△t2)(10010)㏑(10010)
式中：℃ ℃
求℃
2 冷水量
(kgh)
3计算传热面积
求传热面积需先知道K值根资料查煤油水间传热系数350 W(㎡℃)左右先取K值300W(㎡℃)计算
QKA△tm
(㎡)
23工艺结构尺寸
1．径流速选Φ25×25较高级冷拔传热（碳钢）取流速u
155ms
2．程数传热数 传热径流速确定单程传热数
Ns
单程计算需传热长度
L
单程设计传热长宜采程结构根设计实际情况采非标设计现取传热长l7m该换热器程数
Np
传热总根数 Nt44×6264
3均传热温差校正壳程数
R
P
单壳程双程结构：
均传热温差 ℃
均传热温差校正系数08时壳程流体流量较取单壳程合适
4传热排列分程方法 采组合排列法程均正三角形排列隔板两侧采正方形排列
取心距t125d0 t125×253125≈32㎜
隔板中心离排中心距离式（316）计算
St2+6322+622㎜
程相邻心距44㎜
5．壳体径 采程结构取板利率η075 壳体径：
D105t
卷制壳体进级档取D400mm
6．折流板 采弓形折流板弓形流板圆缺高度壳体径25切圆缺高度：
H025×400100m取h100mm
取折流板间距B03D B03×400120mm取B150mm
折流板数目NB
根结果初选换热器
24换热器核算
241热流量核算
（1）壳程表面传热系数 克恩法计算：
量直径：
壳程流通截面积：
壳程流体流速雷诺数分：
普朗特数：
粘度校正：
（2）表面传热系数：
程流体流通截面积：
程流体流速：
普朗特数：
（3）污垢热阻壁热阻：
外侧污垢热阻
侧污垢热阻
壁热阻碳钢该条件热导率50w(m·K)
：
（4） 传热系数：
（5）传热面积裕度 式335计算传热面积Ac：
该换热器实际传热面积Ap
该换热器面积裕度：
求富裕度1020间然调整参数重新计算
传热面积裕度合适该换热器够完成生产务
242．换热器流体流动阻力
（1）程流体阻力
Re25185传热粗糙度001查莫狄图流速u055ms
772210000
：
程流体阻力允许范围
3换热器结构计算略
换热器结构尺寸计算结果见表：
换热器型式：固定板式
换热器面积（㎡）：325
工艺参数
名称
程
壳程
物料名称
循环水
煤油
操作压力MPa
01
003
操作温度℃
3040
40140
流量kgh
31505
5976
流体密度kg
9977
825
流速ms
055
006
传热量kw
10388
总传热系数w㎡·k
400
流传热系数w㎡·k
5240
494
污垢系数㎡·kw
000021
000018
阻力Pa
65230
12841
程数
4
1
材料
碳钢
碳钢
子规格
Φ
数 120
长mm
7000
间距mm
32
排列方式
正三角形
折流挡板型式
间距mm
200
切口高度25
壳体径mm
500
保温层厚度mm
项目
数
项目
数
壳径D(DN)
500mm
尺寸
¢ 25mmX2
程数Np（N）
4
长l（L）
45m
数n
144
排列方式
正三角形排列
中心排数nc
13
心距
32mm
程流通面积Si
00125 m
传热面积
497m
结束语
化工原理课程设计培养综合运门课程关选修课程基知识解决某设计务次训练起着培养学生独立工作力重作
换热器设计程中感觉理运实际力提升点：
(1)掌握查阅资料选公式搜集数(包括已发表文献中生产现场中搜集)力
(2)树立考虑技术先进性行性考虑济合理性注意操作时劳动条件环境保护正确设计思想种设计思想指导分析解决实际问题力
(3)培养迅速准确进行工程计算力
(4)学会简洁文字清晰图表表达设计思想力
设计结果出保持总传热系数温度越换热数越折流板数越壳径越煤油出口温度增高总传热温差降换热面积增保证QK换热器尺寸增金属材料消耗量相应增通设计知道提高传热效率降低济投入设计参数选择十分重
参考文献
[1] 化工原理天津学化工原理教研室编 天津：天津学出版社 （1999）
[2] 换热器秦叔叶文邦等 化学工业出版社（2003）
[3] 化工原理（第三版）册谭天恩窦梅周明华等化学工业出版社（2006）
[4] 化工程设备设计华南工学院化工原理教研室（1987）
[5] 化工原理课程设计贾绍义等天津学出版社（2003）
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化工原理课程设计报告
换热器设计
目录
概述
11换热器设计务书 4
12换热器结构形式 7
2蛇式换热器 7
3套式换热器 7
13换热器材质选择 8
14板式换热器优点 9
15列式换热器结构 10
16板式换热器类型工作原理 11
17确定设计方案 12
21设计参数 12
22计算总传热系数 13
23工艺结构尺寸 14
24换热器核算 15
241热流量核算 16
242壁温计算 18
243．换热器流体流动阻力 19
概述
温度流体间传递热装置称热交换器简称换热器换热器中少两种温度流体种流体温度较高放出热量种流体温度较低吸收热量35％～40％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机理研究十分活跃新型高效换热器相继问世
着换热器工业生产中位作换热器类型种样类型换热器优缺点性异换热器设计中首先应根工艺求选择适类型然计算换热需传热面积确定换热器结构尺寸
换热器途分加热器冷器冷凝器蒸发器沸器深冷器热器等
换热器传热方式分：混合式蓄热式间壁式中间壁式换热器应广泛传热面形状结构特点分壳式换热器板面式换热器扩展表
面式换热器（板翅式翅式等）表21示
表21 传热器结构分类
类 型
特 点
间 壁 式
壳 式
列式
固定板式
刚性结构
壳温差较情况（般≤50℃）间清洗
带膨胀节
定温度补偿力壳程承受低压力
浮头式
外均承受高压高温高压场合
U型式
外均承受高压清洗检修困难
填料函式
外填料函
间容易泄漏宜处理易挥发易爆炸压力较高介质
填料函
密封性差压差较场合
釜式
壳体部蒸发空间沸蒸煮
双套式
结构较复杂高温高压场合固定床反应器中
套式
逆流操作传热面较冷器冷凝器预热器
螺旋式
沉浸式
流体冷冷凝外流体加热
喷淋式
流体冷冷凝
板面式
板式
拆洗方便传热面调整粘性较液体间换热
螺旋板式
进行严格逆流操作洁作作回收低温热
板式
结构紧凑拆洗方便通道较易堵求流体干净
板壳式
板束类似束抽出清洗检修压力太高
混合式
适允许换热流体间直接接触
蓄热式
换热程分阶段交进行适高温炉气中回收热场合
完善换热器设计选型时应满足项基求
（1）合理实现规定工艺条件
传热量流体热力学参数（温度压力流量相态等）物理化学性质（密度粘度腐蚀性等）工艺程规定条件设计者应根条件进行热力学流体力学
计算反复较设计换热器具传热面积单位时间传递热量具体做法
①增传热系数 综合考虑流体阻力发生流体诱发振动前提量选择高流速
②提高均温差 相变流体量采接逆流传热方式样仅提高均温差助减少结构中温差应力允许条件时提高热流体进口温度降低冷流体进口温度
③妥善布置传热面 例壳式换热器中采合适间距排列方式仅加单位空间传热面积改善流体流动特性错列束传热方式列束果换热器中侧相变侧流体气相气相侧传热面加翅片增传热面积更利热量传递
（2）安全
换热器压力容器进行强度刚度温差应力疲劳寿命计算时应遵国钢制石油化工压力容器设计规定钢制壳式换热器设计规定等关规定标准保证设备安全起着重作
（3）利安装操作维修
直立设备安装费低水倾斜设备设备部件应便运输装拆厂房移动时会受楼梯梁柱妨碍根需添置气液排放口检查孔敷设保温层
（4）济合理
评价换热器终指标：定时间（通常1年）固定费（设备购置费安装费等）操作费（动力费清洗费维修费等）总设计选型时果种换热器完成生产务需指标尤重
动力消耗流速方成正流速提高利传热存适宜流速
传热面垢层产生增厚传热系数断降低传热量减少必停止操作进行清洗清洗时仅法传递热量
支付清洗费部分费必须清洗传热条件改善补偿存适宜运行周期
严格讲果孤立仅换热器身进行济核算确定适宜操作条件适宜尺寸够全面应整系统中全部设备象进行济核算设备优化解决样问题难度影响换热器项素改变整系统效益关系影响时述观点单独换热器进行济核算然行
11换热器设计务书
1．设计题目
煤油冷器设计
设计课题工程背景：
石油化工生产程中常常需种石油产品（汽油煤油柴油等）进行冷设计某炼油厂冷煤油产品例学生熟悉列式换热器设计程
设计目：
通煤油产品冷列式换热器设计达学生解该换热器结构特点根工艺求选择适类型时根传热基原理选择流程确定换热器基尺寸计算传热面积计算流体阻力
2．设计务操作条件
（1）处理力 (1584 198221762455226928)×104吨年煤油
（2）设备型式 列式换热器
（3）操作条件
①煤油：入口温度（140℃120℃100℃）出口温度40℃
②冷介质：水入口温度30℃出口温度50℃
③允许压强降：105Pa
④年330天计天24时连续运行
（4）设计项目
①设计方案简介：确定工艺流程换热器型式进行简述
②换热器工艺计算：确定换热器传热面积
③换热器结构尺寸设计
④辅助设备选型
⑤绘制换热器总装配图
3．设计说明书容
（1）目录
（2）设计题目原始数(务书)
（3）述换热器总体结构(换热器型式结构)选择
（4）换热器加热程关计算(物料衡算热量衡算传热面积换热型号壳体直径等)
（5）设计结果概(设备尺寸衡算结果等)
（6）体设备设计计算说明
（7）零件强度计算（选做）
（8）附属设备选择（选做）
（9）参考文献
（10）记
4．设计图求
594×841图纸绘制换热器张：视图俯视图剖面图两局部放图
5．设计思考题
（1）设计列式换热器时通常应选标准型号换热器
什？
（2）什化工厂列式换热广泛？
（3）列式换热器中壳程挡板没挡板时流传热系数计算方法？
（4）说明列式换热器选型计算步骤？
（5）换热程中冷剂进出口温度什原确定？
（6）说明常换热标准规格（批径长）
（7）列式换热器中两流体流动方确定？较优缺点？
6 部分设计问题指导
（1）列式换热器基型式选择
（2）冷剂进出口温度确定原
（3）流体流选择
（4）流体流速选择
（5）子规格排列方法
（6）程数壳程数确定
（7）挡板型式
12换热器结构形式
1壳式换热器
壳式换热器称列式换热器种通标准换热设备具结构简单坚固耐造价低廉材广泛清洗方便适应性强等优点应广泛壳式换热器根结构特点分种：
（1） 固定板式换热器
固定板式换热器两端板壳体连起类换热器结构简单价格低廉外清洗困难宜处理两流体温差50℃壳方流体较清洁易结垢物料
带膨胀节固定板式换热器膨胀节弹性变形减温差应力种补偿方法适两流体温差70℃壳方流体压强高600Kpa情况
（2） 浮头式换热器
浮头式换热器板外壳连接该端称浮头束连浮头伸缩外壳膨胀关浮头式换热器束拉出便清洗检修适两流体温差较种物料换热应极普遍结构复杂造价高
（3） 填料涵式换热器
填料涵式换热器束端膨胀浮头式换热器相结构简单造价低壳程流体外漏性壳程处理易燃易爆流体
2蛇式换热器
蛇式换热器式换热器中结构简单操作方便种换热设备通常换热方式蛇式换热器分沉浸式喷淋式两类
3套式换热器
套式换热器两种直径直套起组成心套U型时次连接外外互相连接成优点结构简单耐高压传热面积根需增减适选择外径流体流速增两种流体呈逆流流动利传热换热器适高温高压流量流体间换热
13换热器材质选择
进行换热器设计时换热器种零部件材料应根设备操作压力操作温度流体腐蚀性材料制造工艺性等求选取然考虑材料济合理性般满足设备操作压力操作温度设备强度刚度角度考虑较容易达材料耐腐蚀性时成复杂问题方面考虑周选材妥仅会影响换热器寿命提高设备成材料制造工艺性换热器具体结构着密切关系
般换热器常材料碳钢锈钢
（1）碳钢
价格低强度较高碱性介质化学腐蚀较稳定容易酸腐蚀耐腐蚀性求环境中应合理般换热器普通缝钢常材料10号20号碳钢
（2）锈钢
奥氏体系锈钢1Crl8Ni9Ti代表标准188奥氏体锈钢稳定奥氏体组织具良耐腐蚀性冷加工性
正三角形排列结构紧凑正方形排列便机械清洗心圆排列壳径换热器外圆布均匀结构更紧凑国换热器系列中固定板式采正三角形排列浮头式正方形错列排列居正三角形排列
（2）板
板作受热束连接起程壳程流体分隔开
板子连接胀接焊接胀接法利胀器子扩胀产生显著塑性变形子板间挤压力达密封紧固目胀接法般子碳素钢板碳素钢低合金钢设计压力超4 MPa设计温度超 350℃场合
（3）封头箱
封头箱位壳体两端作控制分配程流体
①封头 壳体直径较时常采封头接封头法兰螺纹连接封头壳体间螺纹连接便卸封头检查清洗子
②箱 换热器流体进出口空间称箱壳径较换热器采箱结构清洗检修子时需拆箱箱结构应便装拆
③分程隔板 需换热面时采程换热器程换热器箱应设分程隔板束分次串接干组组子数目致相等样提高介质流速增强传热程者达16程常246程布置时应量程流体壳程流体成逆流布置增强传热时应严防分程隔板泄漏防止流体短路
14板式换热器优点
(1) 换热效率高热损失
工况条件 换热系数达6000W m2K 般工况条件 换热系数3000～4000 W m2K左右壳式换热器3～5倍设备身存旁路通设备流体板片波纹作形成湍流进行充分换热完成项换热程 板式换热器换热面积仅壳式1 3～1 4
(2) 占面积重量轻
设备身体积外 需预留额外检修安装空间换热板片厚度仅0 6～0 8mm样换热效果 板式换热器壳式换热器占面积重量少五分四
(3) 污垢系数低
流体板片间剧烈翻腾形成湍流 优秀板片设计避免死区存 杂质易通道中沉积堵塞保证良换热效果
(4) 检修清洗方便
换热板片通夹紧螺柱夹紧力组装起检修清洗时 仅需松开夹紧螺柱卸板片进行刷清洗
(5) 产品适面广
设备高耐温达180 ℃ 耐压2 0MPa 特适应种工艺程中加热冷热回收冷凝单元设备食品消毒等方面 低品位热回收方面 具明显济效益类材料换热板片适应工况腐蚀性求
然板式换热器存定缺点 工作压力工作温度高 限制较复杂工况中时板片通道较适宜杂质较颗粒较介质
15列式换热器结构
介质流传热通道部分称程
（1）换热布置排列间距
常换热规格ф19×2 mmф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)ф25×25 mm(碳钢10)直径子承受更压力壁较薄时相壳径排列较子单位体积传热面积更单位传热面积金属耗量更少换热板排列方式正方形直列正方形错列三角形直列三角形错列心圆排列
（A） （B）（C）
（D） （E）
图 14 换热板排列方式
(A) 正方形直列 （B）正方形错列 (C) 三角形直列
（D）三角形错列 （E）心圆排列
正三角形排列结构紧凑正方形排列便机械清洗心圆排列壳径换热器外圆布均匀结构更紧凑国换热器系列中固定板式采正三角形排列浮头式正方形错列排列居正三角形排列
（2）板
板作受热束连接起程壳程流体分隔开
板子连接胀接焊接胀接法利胀器子扩胀产生显著塑性变形子板间挤压力达密封紧固目胀接法般子碳素钢板碳素钢低合金钢设计压力超4 MPa设计温度超350℃场合
（3）封头箱
封头箱位壳体两端作控制分配程流体
①封头 壳体直径较时常采封头接封头法兰螺纹连接封头壳体间螺纹连接便卸封头检查清洗子
②箱 换热器流体进出口空间称箱壳径较换热器采箱结构清洗检修子时需拆箱箱结构应便装拆
③分程隔板 需换热面时采程换热器程换热器箱应设分程隔板束分次串接干组组子数目致相等样提高介质流速增强传热程者达16程常246程布置时应量程流体壳程流体成逆流布置增强传热时应严防分程隔板泄漏防止流体短路
16板式换热器类型工作原理
板式换热器组装方式分拆式焊接式钎焊式等形式换热板片波纹分字波直波球形波等形式 密封垫分粘结式搭扣式种形式进行组合满足工况需求中更针性样字形波纹板片采粘结式搭扣式密封垫 采搭扣式密封垫效避免胶水中含氯离子板片腐蚀 设备拆装更加方便焊接式板式换热器耐温耐压明显拆式板式换热器 达250 ℃2 5MPa 样板式换热器 形式样性应较广泛领域数热交换工艺程
然板式换热器种形式 工作原理致相板式换热器通外力换热板片夹紧组装起 介质通换热板片通孔板片表面进行流动 板片波纹作形成激烈湍流 犹筷子搅动杯中热水 加换热面积冷热介质分换热板片两侧流动湍流形成量换热面板片接触 通板片进行充分热传递达终换热效果冷热介质隔离通密封垫分割 者通量焊缝保证 换热板片开裂穿孔情况 冷热介质会发生混淆
17确定设计方案
1选择换热器类型
两流体温变化情况：热流体进口温度140℃ 出口温度40℃冷流体进口温度30℃出口温度40℃该换热器循环冷水冷冬季操作时进口温度会降低考虑素估计该换热器壁温度壳体温度差较初步确定选列式换热器
2 程安排
两物流操作压力应煤油走程循环冷水走壳程循环冷水较易结垢流速太低会加快污垢增长速度换热器热流量贱总体考虑应循环水走程煤油走壳程
21设计参数
煤油定性温度：
密度 ρ0＝825kgm3
定压热容 Cp0＝220kJkg℃
热导率 λ0＝014Wm℃
粘度 μ0＝0715mPa﹒s
水定性温度：
密度 ρi＝9944kgm3
定压热容 Cpi＝4143kJkg℃
热导率 λi＝0601W m℃
粘度 μi＝0955m Pa﹒s
22计算总传热系数
1热流量
kJh36568 KW
均传热温差
△tm1(△t1△t2)㏑(△t1△t2)(10010)㏑(10010)
式中：℃ ℃
求℃
2 冷水量
(kgh)
3计算传热面积
求传热面积需先知道K值根资料查煤油水间传热系数350 W(㎡℃)左右先取K值300W(㎡℃)计算
QKA△tm
(㎡)
23工艺结构尺寸
1．径流速选Φ25×25较高级冷拔传热（碳钢）取流速u
155ms
2．程数传热数 传热径流速确定单程传热数
Ns
单程计算需传热长度
L
单程设计传热长宜采程结构根设计实际情况采非标设计现取传热长l7m该换热器程数
Np
传热总根数 Nt44×6264
3均传热温差校正壳程数
R
P
单壳程双程结构：
均传热温差 ℃
均传热温差校正系数08时壳程流体流量较取单壳程合适
4传热排列分程方法 采组合排列法程均正三角形排列隔板两侧采正方形排列
取心距t125d0 t125×253125≈32㎜
隔板中心离排中心距离式（316）计算
St2+6322+622㎜
程相邻心距44㎜
5．壳体径 采程结构取板利率η075 壳体径：
D105t
卷制壳体进级档取D400mm
6．折流板 采弓形折流板弓形流板圆缺高度壳体径25切圆缺高度：
H025×400100m取h100mm
取折流板间距B03D B03×400120mm取B150mm
折流板数目NB
根结果初选换热器
24换热器核算
241热流量核算
（1）壳程表面传热系数 克恩法计算：
量直径：
壳程流通截面积：
壳程流体流速雷诺数分：
普朗特数：
粘度校正：
（2）表面传热系数：
程流体流通截面积：
程流体流速：
普朗特数：
（3）污垢热阻壁热阻：
外侧污垢热阻
侧污垢热阻
壁热阻碳钢该条件热导率50w(m·K)
：
（4） 传热系数：
（5）传热面积裕度 式335计算传热面积Ac：
该换热器实际传热面积Ap
该换热器面积裕度：
求富裕度1020间然调整参数重新计算
传热面积裕度合适该换热器够完成生产务
242．换热器流体流动阻力
（1）程流体阻力
Re25185传热粗糙度001查莫狄图流速u055ms
772210000
：
程流体阻力允许范围
3换热器结构计算略
换热器结构尺寸计算结果见表：
换热器型式：固定板式
换热器面积（㎡）：325
工艺参数
名称
程
壳程
物料名称
循环水
煤油
操作压力MPa
01
003
操作温度℃
3040
40140
流量kgh
31505
5976
流体密度kg
9977
825
流速ms
055
006
传热量kw
10388
总传热系数w㎡·k
400
流传热系数w㎡·k
5240
494
污垢系数㎡·kw
000021
000018
阻力Pa
65230
12841
程数
4
1
材料
碳钢
碳钢
子规格
Φ
数 120
长mm
7000
间距mm
32
排列方式
正三角形
折流挡板型式
间距mm
200
切口高度25
壳体径mm
500
保温层厚度mm
项目
数
项目
数
壳径D(DN)
500mm
尺寸
¢ 25mmX2
程数Np（N）
4
长l（L）
45m
数n
144
排列方式
正三角形排列
中心排数nc
13
心距
32mm
程流通面积Si
00125 m
传热面积
497m
结束语
化工原理课程设计培养综合运门课程关选修课程基知识解决某设计务次训练起着培养学生独立工作力重作
换热器设计程中感觉理运实际力提升点：
(1)掌握查阅资料选公式搜集数(包括已发表文献中生产现场中搜集)力
(2)树立考虑技术先进性行性考虑济合理性注意操作时劳动条件环境保护正确设计思想种设计思想指导分析解决实际问题力
(3)培养迅速准确进行工程计算力
(4)学会简洁文字清晰图表表达设计思想力
设计结果出保持总传热系数温度越换热数越折流板数越壳径越煤油出口温度增高总传热温差降换热面积增保证QK换热器尺寸增金属材料消耗量相应增通设计知道提高传热效率降低济投入设计参数选择十分重
参考文献
[1] 化工原理天津学化工原理教研室编 天津：天津学出版社 （1999）
[2] 换热器秦叔叶文邦等 化学工业出版社（2003）
[3] 化工原理（第三版）册谭天恩窦梅周明华等化学工业出版社（2006）
[4] 化工程设备设计华南工学院化工原理教研室（1987）
[5] 化工原理课程设计贾绍义等天津学出版社（2003）
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