目 录
课程设计（论文）任务及评语 ............................................. 2 一、设计任务及条件 ....................................................... 3 二、确定设计方案 ......................................................... 3
2.1选择换热器的类型 .................................................... 3
2.2 热流量 .............................................................. 4 2.3 平均传热温差，按逆流算 .............................................. 5 2.4初算传热面积 ........................................................ 5
三、工艺结构尺寸 ......................................................... 5
3.1 管径和管内流速 ...................................................... 5
3.2 管程数和传热管数 .................................................... 6 3.3 平均传热温差校正及壳程数 ............................................ 6 3.4 传热管排列和分程方法 ................................................ 7 3.5 壳体直径 ............................................................ 8 3.6折流板 .............................................................. 8 3.7接管 ................................................................ 8
四、换热器核算 ........................................................... 9
4.1传热面积校核 ........................................................ 9 4.2 壳程传热膜系数 ...................................................... 9 4.3 污垢热阻和管壁热导率 ............................................... 10 4.4 总传热系数 ......................................................... 10 4.5 传热面积校核 ....................................................... 11
五、换热器内压降的核算 ................................................. 11
5.1管程阻力 ........................................................... 11 5.2壳程阻力 ........................................................... 11
体会心得 ................................................................. 13 附表一：换热器主要结构尺寸和计算结果列表如下： ..................... 14 参考文献 ................................................................. 15
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课程设计（论文）任务及评语
院（系）： 机械工程与自动化学院 教研室：过程 学 号 课程设计题 目 设计条件 处理量/㎏/h 入口温度/℃ 出口温度/℃ 操作压力/MPa 结构类型 基本要求： 1．完成换热器全部工艺计算内容并编写设计说明书； 2．绘制设备结构简图。 正戊烷（饱和蒸汽） 7600 160 40 0.175 管壳式 水蒸汽 30 40 学生姓名 正戊烷冷凝器设计 专业班级 过程101 课程设计（论文）任务 主要参考文献 [1] 化工原理[M]. [2] [3] [4] [5] 尾花英朗[著],徐中权[译]. 热交换器设计手册[M].烃加工出版社, 1984. 李功祥, 陈兰英. 常用化工单元设备设计[M]. 华南理工大学出版社, 2006.1. 卢焕章. 石油化工基础手册[M]. 北京：化学工业出版社，2000. 路秀林 王者相. 化工设备设计全书-换热器设计[M]. 北京：化学工业出版社，2004.1. 指导教师评语及成绩 成绩： 指导教师签字： 年 月 日 - 2 -
一、设计任务及条件
（1）处理量：7600kg/h
（2）正戊烷入口温度为160℃，出口温度40℃
（3）冷却介质：地下水，入口温度：30℃，出口温度40℃ （4）操作压强：0.175MPa，允许压强降：不大于10Pa
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二、确定设计方案
2.1选择换热器的类型
管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备，它具有结构简单，坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。管壳式换热器根据结构特点分为以下几种： （1） 固定管板式换热器
固定管板式换热器两端的管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单，价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于50℃且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。
带有补偿圈的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于70℃且壳方流体压强不高于600Kpa的情况。 （2） 浮头式换热器
浮头式换热器的管板有一个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但结构复杂，造价高。
正戊烷定性温度Tm?(160?40)/2?100?C 循环水的定性温度tm??30?40?/2?35?C
两流体的温差Tm?tm?100?35?65?C?50?C，初选带有补偿圈的固定管板式换热器 管程安排：考虑到冷却水若走壳程由于流速较低易结垢，确定冷却水走管程，热氢气走壳程，增大传热强度。
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图1 具有补偿圈的固定管板式换热器
确定物性数据：正戊烷蒸汽在100℃,0.175MPa条件下的有关物性数据如下：（查化工原理附录）
?1?PMRT?0.175?10?0.0728.314?(273?100)?56?4.063(kg/m)3??0.874?10Pa?s，cp?1.57kJ/kg??C，??0.0128W/m??C
表2-1 两流体在定性温度下的物性数据如下
物性 流体 正戊烷 循环水 2.2 热流量
760036003温度 ℃ 100 35 密度 kg/m3粘度 mPa·s 0.00874 0.75 比热容 kJ/(kg·℃) 1.57 4.174 导热系数 W/(m·℃) 0.0128 0.62 4.063 997 QT?qm,h?cp,h??T??1.57?10?(160?40)?397.7(kW)
(2)冷却水用量
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qm,c?QTcp,c??t?397.7?10?36004.174?10?(40?30)33?3.43?10(kg/h)4
2.3 平均传热温差，按逆流算
?tm?(160?40)?(40?30)ln160?4040?30?44.3Co
2.4初算传热面积
表2-2 列管式换热器中K值大致范围
热流体 水 轻油 重油 气体 水蒸汽冷凝 水蒸汽冷凝 低沸点烃类蒸汽冷凝 高沸点烃类蒸汽冷凝 水蒸汽冷凝 水蒸汽冷凝 水蒸汽冷凝 冷流体 水 水 水 水 水 气体 水 水 水沸腾 轻油沸腾 重油沸腾 传热系数 K/(W·m2·K-1) 850～1700 340～910 60～280 17～280 1420～4250 30～300 455～1140 60～170 2000～4250 455～1020 140～425 由于在高压力下操作，假设K?120W/(m2??C)则估算的传热面积为
S估?QTK?tm?397.7?103120?44.3?74.8(m)2
三、工艺结构尺寸
3.1 管径和管内流速
选用?25mm?2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速为ui?0.8m/s。
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