设计任务和设计条件某生产过程的流程如图所示。

反应器的混合气体经与进料物流℃之后，进入60换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至为量的流知混合气体组吸塔收其中的可溶性分。

已吸收237301，压力为6.9，循环冷却水的压力为0.4，循环MPaMPa hkg水的入口温度为29℃，出口的温度为39℃，试设计一列管式换热器，完成生产任务。

物性特征：混和气体在35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度3?mkg/?901定压比热容 =3.297kj/kg℃c1p热导率=0.0279w/m?1粘度5??Pas51?.?1011下的物性数据：34℃循环水在3/m=994.3 密度㎏?1℃ =4.174kj/kg定压比热容c1p =0.624w/m℃热导率?1粘度3??Pas10742?0.?1确定设计方案1．选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度110℃出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。

2．管程安排从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。

但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。

浮头式换热器介绍浮头式换热器的特点是有一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向自由浮动。

这种结构不但完全消除了热应力的影响，且由于固2定端的管板以法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，因此便于清洗和检修。

故浮头式换热器应用较为普遍，但它的结构比较复杂，造价较高。

确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。

故壳程混和气体的定性温度为110?60 =85℃ T=2管程流体的定性温度为339?29℃ t=34?2根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

对混合气体来说，最可靠的无形数据是实测值。

若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。

混和气体在35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度3?m/?90kg1定压比热容 =3.297kj/kg℃c1p热导率=0.0279w/m?1-5Pas10 =1.5×粘度?1循环水在34℃下的物性数据：3密度 =994.3㎏/m?1定压比热容=4.174kj/kg℃c1p热导率 =0.624w/m℃?1-3Pas 粘度?10=0.742×1算传热面积热流量．1Q=mc?t1 111p77kw10×10kj/h =1.086×(110-60)=3.913.297=237301××2.平均传热温差先按照纯逆流计算，得4(110?39)?(60?29) =K.3?48t?3.传热面积由于壳程气体的压力较高，故可m110?39ln60?29选取较大的K值。

假设K=320W/(㎡k)则估算的传热面积为Ap= 21m?718?7Q10?1.086K?t320?48.3m4.冷却水用量 m==1h/s2kg/?936655.5kg?260.7Q10?.80613tc??1010.174?4ipi工艺结构尺寸1．管径和管内流速选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u=1.35m/s。

12．管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数V260.2?994.3 Ns=取618根36?.?617?2?102.350.785?0.2ud i4按单程管计算，所需的传热管长度为A718p L=m8?14?.?3.14?0nd.025?618so按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为5L14.25 Np=2??7l×2=1236 传热管总根数 Nt=642）和3-13a 3.平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数按式（60?110）有 R=式（3-13b5?29?3929?39 P=124?0.29?110 3-9按单壳程，双管程结构，查图得?960.?t?平均传热温差℃?46.40.96?48.3???t??t tm?塑m，同时壳程流体流量较0.8由于平均传热温差校正系数大于大，故取单壳程合适。

即每程内均按正三角,4.传热管排列和分程方法采用组合排列法。

,隔板两侧采用正方形排列。

见图3-13形排列 32㎜×取管心距t=1.25d，则 t=1.2525=31.25≈0）计算近一排管中心距离按式（隔板中心到离其最.3-16 ㎜S=t/2+6=32/2+6=22 44各程相邻管的管心距为㎜。

根，其前后关乡中隔板设置管数的分成方法，每程各有传热管642 3-14选取。

和介质的流通顺序按图）估算。

．壳体内径采用多管程结构，壳体内径可按式（3-195 =0.75 取管板利用率η，则壳体内径为6D=1.05t?mm.932?1236/0.7?/N1411?1.05T D=1400mm 按卷制壳体的进级档，可取采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径 6．折流板 25%，则切去的圆缺高度为的1400=350m H=0.25×为，可取B取折流板间距B=0.3D，则B=0.3×1400=420mm 。

450mm7000传热管长 N=折流板数目1414.5???1?1?B450折流板间距 7．其他附件换热16 25=> 拉杆数量与直径按表选取（换热管Ф拉杆Ф管700根根）拉杆16 => 壳程入口处，应设置防冲挡板 8．接管，则接管壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为u=10m/s1内径为)23730144V?/(?903600m05D3.??0?1??1014.?3。

圆整后可取管内径为300mm，则接管内u=2.5m/s 管程流体进出口接管：取接管内液体流速2径为7)?994.34?936655.5/(3600m.364?D?025.?23.14360mm圆整后取管内径为换热器核算热流量核算．1）用克恩法计算，见式（3-22（1）壳程表面传热系数??1550.14.0?1)Pr(0.36Re?300?d we3-23b）得当量直径，依式（?322]d[t?4o42= m02?0.de?d o 3-25 得壳程流通截面积，依式d25壳程流体流速及其雷诺数分别o1427.?)?0)?450?1450(1?sBD(1?o32t为)90237301/(3600?s1m/.?5u?o1427.090?02?510.?Re?612000o5?10.5?1普朗特数53?101.5?3.297?10??Pr.77310279.0?粘度校正140.1)?(?w0279.01 255.0?K?mw.?7731612000?.?036??.9255/3o02.08有和式3-332）管内表面传热系数按式3-32（?4.0.80i?PrRe.023?0i d i管程流体流通截面积12362194.?785?0.020?S?0.管程流体流速)3936655.5/(3600?994.s?1.295m?u/i2i19820.3?8.).742?10?34706.0.02?1295?994.3/(0Re?普朗特数3310174.?10?0.742?496.?Pr?4624.0624.0，可取按表3-10（3）污垢热2.40.80?k.?5840?4.96w0?.023?/m34706?.8i02.0阻和管壁热阻管外侧污垢热阻2wm/?kR?0.0004o管内侧污垢热阻2w/?kR?0.0006m i，碳钢在该条件下的热导率3-14计算，依表管壁热阻按式3-340025.0。

所以为50w/(m·K)2wk.00005mR?/?0?w50 3-21有依式4）传热系数（c K12k?m?K?402w/ddRdR1c oiowo)????(R o??ddd omiii（5）传热面积裕度依式3-35可得所计算传热面积Ac为9Ap 该换热器的7Q10086?1.21m6??582.A?c4402?46.K?t me实际传热面积为2?m?1236?681.37?A3dlN?.14?0.025?Top该换热器的面积裕度为A?A6..3?582681cp%95?16?H.?6582A.c传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

壁温计算．23-因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可按式计算。

由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进42℃，口温度将会降低。

为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15℃计算传热管壁温。

另外，由于传热管内侧污垢热39出口温度为阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。

但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。

计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零有计算传热管壁温。

于是，按式4-42tT?m m??nc?t w11???nc 和气体的平均温度分别计算为式中液体的平均温度t m1015=24.6℃ 0.4×39+0.6×?t m(110+60)/2=85℃?T m k ㎡·5872w/ ????ic k ㎡· 921.5w/????oh℃传热管平均壁温932.t?w℃。

壳体T=85壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即壁温和传热管壁温之差为℃。

1.9?52?t?85?32.该温差较大，故需要设温度补偿装置。

由于换热器壳程压力较大，因此，需选用浮头式换热器较为适宜。

3．换热器内流体的流动阻力（1）管程流体阻力F)NN??p(?p??p spirts2?ul , , ?1N??p?2Np?，流速0.01，查莫狄图得由Re=34706.8，传热管对粗糙sii2d i度?04?0.i u=1.302m/s,所以，,3?m3kg/994?.23?994.302.71?040.??117988Pa.p??i2.00222?u.1.3?302994?Pa2528?44?p.??3?管程流体阻力在允许范围r22Pa.?.??442528811798?p?(.?.)215429817261之内。

11（2）壳程阻力按式计算, , Np)Fp?(?p???11?F?N ssoisss流体流经管束的阻力F=0.52?u o)N(N?1Ff?p?BoTCo22880.?2397.?0f?5?612000o0.550.0739.?1?1.?1262NN?1.1TTC14?Nsm/5.03U?BO294.90? 0.5×0.2397×38.6×(14+1)×??p o2=74976a流体流过折流板缺口的阻力, B=0.45m , D=1.4m2?uB2Pao)3.5???pN(Bi2D206.90?502?.45 745359.?)??3??p14?(.5i1.42总阻力74976+43553=1.2×Pa由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力6?p?10s也比较适宜。