曲靖师范学院化学化工学院 化工原理课程设计
2.5×104 吨正戊烷冷凝器的设计
姓 专 班
名： 业： 级：
樊秋霞 化学工程与工艺 20131331 王丽苹 2015 年 12 月
指 导 教 师： 日 期：
摘 要
本文主要以地下水和正戊烷为介质，按实际设计步骤依次进行热工计算、结 构设计和强度设计，并画出换热器的 CAD 结构图。主要研究内容如下： （1） 对 换 热 器 的 概 念 、列 管 式 换 热 器 的 分 类 进 行 阐 述 ，了 解 管 壳 式 换 热 器 的 基 本 构 造和基本原理。 （2）通过查阅换热器设计相关标准得出的数据， 对列管式换热器进行设计， 具体操作步骤为： 流体流经的选择； 流体流速的选择； 流体两端温度的确定； 管子的规格和排列方法； 管程和壳程数的确定； 折流档板； 外壳直径的确定；主要附件；流体流动阻力（压力降）的计算等。 通过计算，采用单壳程双管程的列管式换热器，管长 4.5 米，管子根数为 78 根，采用正三角形排列，换热面积为 32m2。通过换热面积核算及流体阻力， 所选换热器合理。 关键词：正戊烷，换热器，定性温度，传热面积，对流传热系数
1 换热器简介
1.1 换热器的概念
换热器（Heat exchanger） ，是将热流体的部分热量给冷流体，使流体温度 达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。
1.2 列管式换热器的分类
列管式换热器的型式主要依据换热器的管程与壳程流体的温度差来确定。 因 管束与壳体的温度不同会引起热膨胀程度的差异，若两流体的温度相差较大时， 可能由于热应力而引起管子弯曲或使管子从管板上拉脱， 因此必须考虑这种热膨 胀的影响。根据热补偿方法的不同，列管式换热器有以下几种型式。 （1） 固定管板式换热器 固定管板式换热器（见图 1-1）主要由壳体、管板、管束、封头、折流挡板、 接管等部件组成。 两端管板和壳体连接成一体， 具有结构简单和造价低廉的特点。 但是壳程不易检修和清洗，故较洁净且不易结垢的物料走壳程。固定管板式换热 器主要用于壳体和管束温差小，管外物料比较清洁，不易结垢的场合。
目 录
1 换热器简介................................................................................................................. 1 1.1 换热器的概念.......................................................................................................... 1 1.2 列管式换热器的分类.............................................................................................. 1 2 换热器任务设计书..................................................................................................... 3 3 工艺设计计算............................................................................................................. 3 3.1 设计方案的确定...................................................................................................... 3 3.2 确定物性参数.......................................................................................................... 3 3.3 计算热负荷和冷却水的流量.................................................................................. 4 3.4 计算两流体的平均传热温差.................................................................................. 4 3.5 估算传热面积.......................................................................................................... 6 3.5.1 总传热系数的初选............................................................................................... 6 3.5.2 传热面积的估算................................................................................................... 7 3.6 初选换热器的型号.................................................................................................. 7 3.6.1 管程数和传热管数............................................................................................... 7 3.6.2 确定管心距和相邻两管外壁间距....................................................................... 8 3.6.3 壳体的内径折流挡板........................................................................................... 8 4 换热器核算.............................................................................................................. 10 4.1 管程对流传热系数................................................................................................ 10 4.2 污垢热阻的选取及壁温的估算............................................................................ 11 4.3 壳程对流传热系数................................................................................................ 13 4.4 总传热系数........................................................................................................... 13 4.5 传热面积裕度........................................................................................................ 14 4.6 压力降的核算........................................................................................................ 15 4.6.1 管程阻力损失..................................................................................................... 15 4.6.2 壳程压力降......................................................................................................... 16 5 设计计算汇总表....................................................................................................... 18 参考文献...................................................................................................................... 19
3 工艺设计计算
3.1 设计方案的确定
本设计为正戊烷发生相变， 而冷却水不发生相变的传热过程，因水的对流传 热系数一般较大，且易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，正戊烷走壳程。因 壳体和管束温差小，管外物料比较清洁，不易结垢，选用固定管板式换热器 。
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2 换热器任务设计书
设计题目：正戊烷冷凝器的设计 设计任务及操作处理： （1） 处理能力：2.5x104 吨/年 （2） 正戊烷冷凝温度为 51.7℃,冷凝液以饱和液体下冷凝器。 （3） 冷却介质：地下水，入口温度 20 ℃（或自选） ，出口温度（自选） 。 （4） 允许压力降：不大于 105Pa。 （5） 每年按 330 天计算，每天 24 小时连续运行。 （6） 设备形式：列管式换热器
图 1-3 浮头式换热器 1—壳盖 2—固定管板 3—隔板 4—浮头钩圈法兰 5—浮动管板 6—浮头盖