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1、前言换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。其类型按传统方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。根据工艺过程或热量回收用途的不同，换热器可以是加热器、冷却器、蒸发器、再沸器、冷凝器、余热锅炉等。它是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有很高的地位。(一) 设计题目： 1,3-丁二烯气体换热器(二) 设计任务及操作条件1. 生产能力（进料量）128000kgh2. 操作条件1,3-丁二烯气体的压力：6.9MPa，进口110，出口60循环冷却水的压力：0.4MPa，进口：29，出口393. 设备形式浮
2、头式换热器4. 物性参数1,3-丁二烯气体在85下的有关物性数据如下：密度 1=527 kg/m3 定压比热容 cp1 = 2.76kJ/(kgK)热导率 1=0.09986W/(kgK)粘度 1=9.52510-5Pas 循环水在34下的物性数据： 密度 2=994.4kg/m3 定压比热容 cp2 =4.178kJ/kgK热导率 2=0.6173W/(kgK)粘度 2=0.73710-3Pas(三) 设计内容1. 设计方案的选择及流程说明浮头式换热器：优点是管内和管间清洗方便，不会产生热应力；缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在操作中无法检查；适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大
3、，或介质易结垢的场所。本设计的目的是为设计出1,3-丁二烯气体换热器，其生产能力是128000 kgh。两流体温度的变化情况：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. 工艺计算3. 主要设备工艺尺寸设计1) 冷凝器结构尺寸的确定2) 传热面积、两侧流体的压降校核3) 接管尺寸的确定4. 换热器设备图和说明书(一) 确定设计方案1. 选择换热器的类型两流体温度的变化情况：热流体进口温度：110 出口温度：60 冷流体进口
4、温度： 29 出口温度：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，钴及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 从两流体的操作压力看，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，混合气体走壳程。(二) 确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故：壳程混合气体的定性温度为管程流体的定性温度为根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。1,3-丁二烯来说，
5、最可靠的物性数据是实测值。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合气体的物性数据。物性参数：1,3-丁二烯液体在85下的有关物性数据如下：密度 1=627.5(kg/m3 )定压比热容 cp1 = 2.76(kJ/kgK)热导率 1=1.846(W/kgK)粘度 1=9.52510-5(Pas)循环水在34下的物性数据：密度 2=994.4(kg/m3 )定压比热容 cp2 =4.178 (kJ/kgK)热导率 2=0.6173(W/kgK)粘度 2=7.3710-3(Pas)(三) 估算传热面积3.1.热流量Q1=m1cp1t1=1240002.
6、76(110-60)=1.711107kJ/h=4753kW3.2.平均传热温差()3.3.传热面积由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值。假设K=380W/(m2K)，则估算的传热面积为 3.4.冷却水用量：(四) 工艺结构尺寸4.1.管径和管内流速选用252.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速=1.3（m/s）（见表4-1）表4-1 列管式换热器的常用流速u流体类型管内/(m/s)管间/(m/s)一般流体0.530.21.5海水、河水等易结垢的液体10.5气体5303154.2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按单程管计算，所需的传热管长度为按单程管设计，传热管
7、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=6m,则该换热器的管程数为传热管的总根数：4.3传热温差校正系数及壳程数平均温差校正系数： 按单程壳，双管程结构，.由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 4.4.传热管排列和分程方法 由于正三角形排列结构较紧凑，对相同壳体直径的换热器，排列的管子较多，换热效果也好，故采用正三角形排列。同时，在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，节省孔的加工工时，工艺较胀接简单，压力较低时可使用较薄的管板。故采用焊接法。取t=1.25d0。常用换热管中心距/mm换热管外径d
8、01214192532384557换热管中心距1619253240485772 换热管外径d0 =25mm，据上表换热管中心距为32mm。 最外层换热管中心至壳体内表面的距离：25/2+10=22mm 各程相邻管的管心距为44mm 管束的分程方法，每程各有传热管 4.5.壳体内径 采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率，则壳体内径为： D=1.05t 按卷制壳体的进级档，可取D=1800(mm4.6.折流挡板 采用弓形折流挡板，取折流板圆缺高度为壳体内径的25%则切去的圆缺高度为 h=0.251800=450(mm)，取h=450（mm）取折流板间距B=0.3D，则B=0.31800=
9、540(mm)，可取B为600(mm)折流板数目NB=-1=折流板圆缺面水平装配，化工过程及设备设计图1-204.7.其他附件 拉杆数量与直径选取，本换热器壳体内径为1500mm，故其拉杆直径为，壳程入口处，应设置防冲挡板。4.8.接管壳程流体进出口接管：取接管内流体流速为，则接管内径为：m取整后可取管内径为85mm管程流体进出口接管：取接管内液体流速，则接管内径为取整后取管内径为210mm(五) 换热器核算5.1热流量核算1) 壳程表面传热系数 用克恩法计算：0.02(m)壳程流通截面积：壳程流体流速及雷诺数分别为：（m/s）=30620普朗特数：2) 管内表面传热系数： 3) 污垢热阻和管壁热阻4) 传热系数Ke有5) 传热面积裕度5.2壁温计算5.3. 换热器内流体的流动阻力