1、.列管式換熱器的設計基礎數據擬用150Kpa的飽和水蒸氣將常壓下20的甲苯加熱到75，甲苯的質量流量為35噸小時，試設計一列管式換熱器。要求換熱器管程壓降小于70KPa物性數據 加熱介質150 Kpa絕壓的飽和水蒸氣，冷凝液在飽和溫度下排出。 換熱器類型選擇兩流體的溫度變化情況如下：（1） 甲苯：入口溫度=20，出口溫度=75。（2） 飽和水蒸汽：入口溫度=出口溫度=111.3 。 因此，甲苯的平均溫度為飽和水蒸汽的平均溫度為 因此，此次設計采用浮頭式列管換熱器。其主要優點是管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當兩種換熱器介質的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產生溫

2、差應力。熱負荷即傳熱速率Q（單位時間內傳遞的熱量）635.78472kW式中： 熱負荷； 甲苯的質量流量； 甲苯的比熱容； ， 甲苯的入口與出口溫度。平均溫度差因為殼程中水蒸汽的溫度不變，采用并流和逆流的平均溫度差是相同的。采用逆流方式，甲苯 水蒸汽 因此，平均溫度差為 初選K值，并估算傳熱面積A初 根據條件K值的選擇范圍在5801160 W/m2· 故K初650 W/m2· 16.40 m2 選用安全系數1.151.25A初A1.15×160418.86 m2 換熱器尺寸的初步確定1、確定管程結構尺寸（1）管子規格選傳熱管，L=3m,內徑為，外徑為。材料為碳鋼。

3、液體種類 流速管程殼程低粘度液體0.5-30.2-1.5易結垢液體>1>0.5氣體5-302-15取管內苯的流速為u2=0.88m/s初步設計總管數80.04 圓整為80根 n”=127根三角排列管數，3a2+3a+1，此處a6；校核流速、確定管程 m/s 管程 ，取2管管間距及排列方式管間距t（1.251.3）d0，取t1.3d01.3×0.0250.0325m采用緊湊的三角型排列， 層數a6，弓形不排管，共127根管子（NT127）最外層六角形對角線上管數 NTb2a+113根 采用脹管法排列（因流體壓力不變，脹管法制造方便） 殼程設計數據殼體內徑 t 管間距 NTb

4、 最外層六角形對角線上管數 六角形最外層管中心到殼體內壁距離，一般取b（11.5）d0 故 0.0325x12+2x0.0375=0.465mm 此處取 1.5d01.5×0.0250.0375m 殼體內徑標準圓整到500×10mm，內徑D480mm 中心拉桿n38根 直徑12mm , 雙管程隔板少排NTb13根，固定桿n=4,其它可能管若干根。 實際管數選84根，每程42根排列管127布管圖實際流速 0.877m/s與初假設苯的流速u2=0.88m/s相近，可行。換熱器長徑比 符合要求（）校核計算1、校核總傳熱系數K值（1）管內對流傳熱系數23430.97673.9310

5、98.21 W/m2· （2）管外對流傳熱系數1式中：n為水平管束垂直列上的管數，n6；假設管外壁溫TW108.3，則3 （3）污垢熱阻及管壁熱阻常用流體的污垢熱阻流體污垢熱阻m2·K/kW水(速度<1m/s，t<47) 蒸餾水0.09海水0.09清凈的河水0.21未處理的涼水塔用水0.58已處理的涼水塔用水0.26已處理的鍋爐用水0.26  硬水、井水0.58水蒸汽   優質不含油0.052  劣質不含油0.09  往復機排出0.176液體  

6、; 處理過的鹽水0.264  有機物0.176  燃料油1.056  焦油1.76氣體   空氣0.260.53  溶劑蒸汽0.14因此甲苯側污垢熱阻RS21.76×10-4 m2·/ W 水蒸汽側污垢熱阻，因為屬于蒸汽冷凝方式，污垢 熱阻相對比較小碳鋼鋼管的導熱系數45 W/m2·（4）校核K值以外表面計算： 0.0014974m2·/ W K=667.821W/m2· 2.665%<5%，可行。2、校核壁溫TW 10

7、5.80.23%與與原假設值TW108.3接近，可行。3、校核傳熱面積A由于水蒸汽側的冷凝溫度Ts不變，因此本一殼程雙管程換熱器內的兩流體平均溫度差與逆流傳熱的平均溫度差相等。tm59.63實際所需面積15.97m2實際提供面積19.782m2余度 19.26%<20% 符合要求（六）、進出口管徑1、 苯進出口取進口流速u01m/s進口直徑 =0.122m選用無縫熱軋鋼管（GB 8163-87）133×4.5mm，長200mm。2、水蒸汽進口管徑（殼體） 蒸汽用量 0.294 kg/s蒸汽體積流量V0.262m3/s取蒸汽流速u15 m/s0.1492m149.2mm選用無縫熱

8、軋鋼管（GB8163-87）159×4.5mm，長200mm。3、冷凝水排出口選用水煤氣管 即42.25×3.25mm，長100mm。1、管程總壓力降每程直管壓力降 每程局部阻力引起的壓降 d 管內徑; l 管長 管程結垢校正系數，正三角形為1.5，正方形為1.4 殼程數，1； 一殼程的管程數，2； 部分鋼管的絕對粗糙度數據 選取碳鋼的絕對粗糙度為，則其相對粗糙度可以求得， 。 36105.0 查（摩擦系數與雷諾數.相對粗糙度間的關系）圖查圖（化工原理上冊P43圖128）可知0.036 8150.148N/m2 8150.148Pa<3.0×104Pa1、

9、殼程壓力降殼程是飽和水蒸汽冷凝，不必校核其壓力降。殼程壓強降殼程中是水蒸汽，壓強降可按流體沿直管流動的的壓強降計算，但是要用當量直徑代替內徑。計算方法可以采用克恩法等。根據相關知識可知，水蒸汽的壓強降是比較小的，可以忽略不計。所以，流體流經換熱器因流動阻力所引起的壓強降為 符合壓強降條件，換熱器選擇能夠滿足需求。附 錄150Kpa絕壓的飽和水蒸氣物性數據壓力絕壓 kPa 飽和溫度°C比汽化焓 kJ/kg蒸汽密度kg/m³150111.3494 22290.8626同溫下飽和水的性質密度 kg/m³導熱系數比汽化rkJ/kg粘度（ ·）949.91540.

10、6820 22290.0002514苯進口溫度 t120 ， 出口溫度=75 定性溫度 甲苯定性溫度下的物性數據物理量密度（）黏度（ ·）比熱容（）導熱系數（）數據841.00.000431.1890.130化工原理（2010） 換熱器的主要結構尺寸和工藝設計換熱器型式： 浮頭式列管換熱器換熱器面積（）： 23.079（公稱面積），18.79（估算面積）工 藝 參 數項 目管程殼程物料名稱甲苯水蒸汽操作壓力無200 kPa(絕壓)操作溫度（入口/出口）20/75111.3/111.3流量35000流體密度8410.8626流速未計算傳熱量總傳熱系數對流傳熱系數污垢系數1.76×10-4壓強降忽略不計程