1.1 确定物性数据热流体进口温度：337.85K,出口温度：337.85K 冷流体进口温度：300.15K,出口温度：317.15K 定性温度:可取流体进口温度的平均值。
壳程甲醇蒸气的定性温度为T =337.85K ，2T =337.85K ，1T = 337.85K管程冷却水的定性温度为1t =300.15K ，2t =317.15 ， t=(300.15+317.15)/2=308.15K根据定性温度，分别查取相关文献[1]，【2】壳程和管程流体的有关物性数据甲醇蒸气在337.15K 下的物性数据: 密度 ρ1=1.193/Kg m 定压比热容 p1c =1.620/()KJ Kg K ⋅ 热导率 λ1 =0.013/()KJ Kg K ⋅ 粘度 μ1 =0.011mPa s ⋅ 汽化潜热 γ =1100/KJ Kg 冷却水在308.15K 下的有关物性数据: 密度 ρ0=994.063/Kg m 定压比热容 p0c =4.165/()KJ Kg K ⋅ 热导率 λ0 =0.623/()KJ Kg K ⋅ 粘度 μ0 =0.7245mPa s ⋅ 1.2 估算传热面积 1.2.1热流量 甲醇质量流量：s1W =1.2×3600×1.19=5140.8/h Kg =1.428/s Kg甲醇热负荷：1Q '=5140.8×1100=5.655×610/KJ h =1570.8KW1.2.2平均传热温差t ∆m=t t ln t -2121∆∆∆∆t =5.1317-5.83375.1300-85.337ln 5.1317-5.8337-5.1300-85.337）（）（K 628.3 ≈ 其中t 1∆=t -11T ，t Δ2=t -22T ，T 1=T 2=337.85K 1.2.3冷却水用量s0W =）（t C Q p Δ000=5.655×610/[4.165×（317.15-300.15）]=79867.2/h Kg=22.2/s Kg 1.2.4传热面积初值估算查文献[1]取总传热系数K=8002/()W m K ⋅估算传热面积:A 估=）（t K Q Δm =1570.8×310/（800×28.36）=69.2352m 1.3 核算总传热系数K 1.3.1管径和管内流速选用Φ19mm ×2mm 的碳钢管，取管内u i =0.57m /s ,其内径m i 015.0d =，外径m d o 019.0=1.3.2计算管程数和传热管数根据传热管内径和流速确定单程传热管数u d V n i 2i e 4π==.57015.0085.706.099422.22⨯⨯=221.83≈221（根）按单管程计算，所需传热管长度为L =n d A e o π估=22119.004.1369.235××=5.25m 根据传统换热器管长可取6米单程换热器，则传热管总根数N T =221（根）1.3.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R=5.1300-5.13175.8337-5.8337=0P=5.1300-5.83375.1300-5.1317=0.45查文献[4]，按单壳程温差校正系数应查有关图表。
可得Φt ∆=1 平均传热温差'm t ∆=t ∆⋅m t ΔΦ=1×28.36=28.36℃1.3.4传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列。
取管心距t=1.25d 0，则 t=1.25×19=23.75≈25(mm)查文献[8]，对于单管程换热器，横过管束中心线的管数16.3517c n ==≈根 管束的分程方法：采用单管程共有传热管221根， 1.3.5壳体内径本设计采用单管程结构正三角形排列，查文献[6]，壳体内径可用下式计算：D=t （1-n c ）+b 2‘，管束中心线上最外层管的中心至壳体内径的距离.5m m 2819.51.51'=⨯==d b o 则壳体内径为： D=19.511-1725⨯+）（=428.5mm 圆整后取壳体直径为D=500mm 1.3.6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高为'h =0.25×500=125mm两相邻折流挡板的距离（板间距）为： h=D .80=0.8×500=400mm ，故可取h=400mm, 折流板数目：1-折流板间距传热管长=N B =4006000-1=14（块）折流板圆缺面水平装配。
1.3.7污垢热阻和管壁热阻管程冷却水的污垢热阻 R di =0.00034W K m ⋅2 壳程纯净甲醇气体的污垢热阻 R do =0 管壁热阻R w =λwb，其中b 为传热管壁厚，m ；λw 为管壁热导率，/()W m K ⋅碳钢在308.15K 下的热导率为51.10/()W m K ⋅，所以R w =.15102.00=0.000039W K m ⋅2 1.3.8管程给热系数管内流通面积 A i =n e i d 4π2=4π×015.02×221=0.03902m管内流速 A W u i s i ρ00= =0390.006.9942.22×=0.5726m/s管内雷诺系数 Re i =μρ00u d i i =107245.006.9945726.0015.03-⨯⨯⨯=11784.65（湍流）管内普朗特数 Pr i =λμ000c p =326.0107245.041653-⨯⨯=4.844对流传热系数44.8456.11784015.0623.0023.0Pr Re λ23.00α.408.04.08.00⨯⨯⨯=⋅⋅=i i ii d =32452/()W K m ⋅ 1.3.9壳程给热系数查文献[4]，壳程对流传热系数)(Δμγλρ725.0α323241td n g o o =式中，γ为比汽化热，g K Jρ为冷凝液的密度，3/Kg mλ为冷凝液的热导率,/()W m K ⋅ μ为冷凝液的黏度,mPa s ⋅t ∆为饱和温度T s 与外壁温度T w 之差，n 为水平管束在垂直列上的管子数，该换热器为单管程单壳程共221跟管子，管子按照三角形排列，则有 n ≈10定性温度取膜温，即2T T T w s +=定现假设管外壁温K T w 330=，则K T w T t s 15.7330-15.337-===∆K T T T w s 755.33323305.13372=+=+=定,在该定性温度下： m kg .6760ρ3=，s Pa ⋅=m 342.0μ，)(m 8.197λK m W ⋅=）（15.719.001042.3010101100978.101.89.676025.70Δμγλρ725.0α3-323321323241)(⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==td n g o o=28052/()W K m ⋅ 1.3.10壁温核算热流体在管内流动，T s =337.15K ，则单根水平管的传热量W Q Q 96.7107221W10.8157022131=⨯==单，根据壁温公式有 A R tt A b t T A R T T Q idi i m o do o 1)α1(-λ-1)α1(-w w w w w+==+=单 式中，T w 为管外壁温，t w 为管内壁温，R di 为管程冷却水污垢热阻，R do 为壳程纯净甲醇气体的污垢热阻，b 为管厚度，A i 为单根换热管的内表面积，A o 为单根换热管外表面积，A m 为单根换热管平均表面积，λw 为碳钢热导率。
619.004.13128051-15.337⨯⨯⨯=T Q w单，求得 T w =330.07K ，这与假设相差不大，可以接受。
1.3.11计算总传热系数Kd d d dR d d b R K i o i i o di m odo o ⋅+⋅+++=α1λα11w式中 d i 为管子内径，d o 为管子外径，d m 为管子平均直径，αi 为管程传热系数，αo 为壳程传热系数。
R di 为管程污垢热阻，R do 壳程污垢热阻，λw 为碳钢热导率将已知数据代入上式，得015.0019.032451015.0019.00034.0017.0019.000.15102.000280511⨯+⨯+⨯++=K=818.832/()W m K ⋅1.3.12计算传热面积裕度传热面积㎡43.6676.3283.881810.81570Δ31=⨯⨯==t K Q A m c 实际传热面积A p =N l d T o π=3.14×0.019×6×221=79.109㎡该换热器的面积裕度为16.95%43.66743.667-79.109-===A A A H ccp传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。
1.4 核算压力降 1.4.1管程压降P i ∑∆查文献[9]，N N F P P P p s t i )ΔΔ(ΣΔ21+=式中，F t 为结垢校正系数；N s 壳程数；N p 为管程数；P ∆1为直管阻力压强降，Pa ;P ∆2为回弯管压强降，Pa ；查文献[3]，取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm,则00667.0151.0==d e i，而5.611784Re =i ，于是03646.05.6117846800667.01.0Re 681.0λ)()(23.023.0=+==+ii d ie pa u d l P i i i3.6237627265.06.099415.0063646.002ρλΔ2201=⨯⨯⨯==pa u P i 88.48825726.006.99432ρ3Δ2202=⨯⨯=⨯= 对正三角形排列F t =1.4，且N s =1，N p =1，则pa N N F P P P p s t i 714.4011114.1)88.48863.2376()(21=⨯⨯⨯+=∆+∆=∑∆ 1.4.2壳程压降壳体流通面积 )(d n D h S o c o -==0.4×（0.5-019.017×）=0.07082m 因为，s1W =1.2/s Kg ，所以：壳程流速 S W u o s o ρ11==0708.019.12.1×=14.24m/s当量直径m d d t d o o e 01729.0019.0π019.04π-025.0234π4π-2342222=⨯⨯⨯⨯==）（）（ 雷诺系数40.2663510011.019.124.1401729.0μρRe 3-11=⨯⨯⨯==u d o e o （湍流） 壳程普朗特数371.1013.010011.010620.1λμPr 3-3111=⨯⨯⨯==c p o壳程压降 N F P P P s t o )('2'1∆+∆=∆∑ 其中1=N s ,1=F t 流体流经管束的阻力2)1(21'1u N n f F P oB c o ρ+=∆摩擦系数4897.0Re 0.5228.0-=⨯=oo f已知: 14=N B ，5.0=F ，17=n c s m u o /4.214=2)1(21'1u N n f F P oB c o ρ+=∆=24.214×9.11×)1+14(×17×978.40×.502=7533.16Pa6.3320924.2149.11.50.402-.53142ρ)2-5.3(Δ221'2=⨯⨯⨯⨯==）（u D h N P o B Pa 故N F P P P s t o )('2'1∆+∆=∆∑=113209.367533.16××+）（=10742.52Pa。