学 号
课程设计
题 目水蒸汽加热苯甲苯混合液卧式列换热器设计
学 院 化学工程学院
专业班级 制药
姓 名
指导老师
2011年 X月
课程设计务书
学生姓名： 专业班级： 制药班
指导教师： 工作单位： 化学工程学院
题 目 水蒸汽加热苯甲苯混合液卧式列换热器设计
初始条件：
设计台卧式列换热器质量流量80吨时苯甲苯（X104）混合液20℃加热94℃加热介质采300kPa绝压饱水蒸汽冷凝液饱温度排出求换热器程压降70kPa
求完成务 （包括课程设计工作量技术求说明书撰写等具体求）
1合理参数选择结构设计
2工艺计算包括传热计算压降计算等
3设备工艺尺寸设计
时间安排：
设 计 容 时间
1根换热务关求确定设计方案 1天
2初步确定换热器结构尺寸 1天
3核算换热器传热面积流体阻力 1天
4确定换热器工艺结构 1天
5写出设计说明书 1天
指导教师签名： 年 月 日
系（责教师）签名： 年 月 日
目录
设计务书…………………………………………………………………2
绪…………………………………………………………………………4
符号说明……………………………………………………………………7工艺计算……………………………………………………………………8
确定物性数…………………………………………………………………………8
确定计划方案…………………………………………………………………………9
计算总传热面积………………………………………………………………………9
工艺结构尺寸…………………………………………………………………………10
换热器核算……………………………………………………………………………10
设计数结果览表………………………………………………………15
结束语………………………………………………………………………16
参考文献……………………………………………………………………17
绪
列式换热器结构特点
壳式换热器(shell and tube heat exchanger)称列式换热器封闭壳体中束壁面作传热面间壁式换热器种换热器结构较简单操作种结构材料（金属材料）制造高温高压目前应广类型
根冷热流体换热方式换热器分混合式换热器蓄热式换热器间壁式换热器中间壁式换热器应广泛型式样换热器传热面形状结构特点间壁式换热器分式换热器板式换热器特殊式换热器三类
列式换热器化工生产中常种换热设备 结构简单 适应性强 单位体积具传热面积传热效果 种类 型号全
列换热器特点：
1耐腐蚀性：聚丙烯具优良耐化学品性机化合物酸碱盐溶液强氧化性物料外直100℃破坏作溶剂室温均溶解般烷径醇酚醛酮类等介质均
2耐温性：聚丙烯塑料熔点164174℃般温度达110125℃
3毒性：结垢污染介质食品工业
4重量轻：设备安装维修极方便
二壳式换热器选设计计算步骤
1浮头式换热器结构
换热器块板法兰外壳相连接块板外壳连接子受热冷时伸缩块板连接顶盖称浮头种换热器做浮头式换热器优点：束拉出便清洗束膨胀变壳体约束两种换热器介质温差时会束壳体热膨胀量产生温差应力缺点结构复杂造价高浮头式换热器束端板浮动完全消热应力整束壳体中抽出便机械清洗检修浮头式换热器应较广结构较复杂造价较高
浮头式换热器
2试算初步选设备规格
①确定流体换热器中流动途径附表
附表 列式换热器易燃易爆液体气体允许安全流速
液体名称
乙醚二氧化碳苯
甲醇乙醇汽油
丙酮
氢气
安全流速ms
<1
<2~3
<10
≦8
②根传热务计算热负荷Q
③确定流体换热器两端温度选择壳式换热器类型计算定性温度确定定性温度物体物性
④计算均温度差根温度校正系数08原决定壳程数
⑤总传热系数验值范围选定总传热系数K
⑥初步算出S确定换热器基尺寸
换热规格排列选择
换热直径越换热器单位容积传热面积越洁净流体完径取洁净易结垢流体径应取免堵塞制造维修方便国目前试行系列标准规定采f19×2mmf25×25mm两种规格长15203060m
排列方式：正三角形正方形直列错列排列见图
种排列方式优点：
3计算程壳程压强降
初步计算程壳程流体流速压强降检查结果否合理满足工艺求压强降符合求确定程数折流板间距重新调整流速确定种尺寸直压降满足求止
4核算中传热系数
根流体性质选择适垢层热阻RR计算传热基方程计算初选换热器实际具传热面积计算行考虑换热器计算式准确度未预料素应选换热器面积15～25裕度115～125否应重新估计重复计算
符号说明
英文字母
B——折流板间距m
C——系数量纲
d——径m
D——换热器外壳径m
f——摩擦系数
F——系数
h——圆缺高度
K——总传热系数W（m2·℃）
L——长m
m——程数
n——指数
数
程数
N——数
程数
NB——折流板数
Nu——努赛尔准数
P——压力Pa
数
Pr——普兰特准数
q——热通量Wm2
Q——传热速率W
r——半径m
气化热kJkg
R——热阻m2·℃W
数
Re——雷诺准数
S——传热面积m2
t——冷流体温度℃
心距m
T——热流体温度℃
u——流速ms
W——质量流量kgs
希腊字母
——流传热系数W(m·℃)
——限差值
——导热系数W(m·℃)
——粘度Pa·s
——密度kgm3
——校正系数
标
i——
m——均
o——外
s——污垢
工艺计算
确定物性数
定性温度：取流体进出口温度均值
壳程水蒸汽温度定性温度
（300kPa绝压水蒸汽T1333℃）
程流体定性温度
℃
根定性温度分查取关物性数
水蒸汽1333℃关物性数
密度 1651 kgm3
定压热容 19735 kJ(kg·℃)
导热系数 00265971 W(m·℃)
黏度 133×10－5 Pa·S
液化热 21681kJkg
苯甲苯混合液（X104）57℃物性数
密度 8345295716 kgm3
定压热容 1686 kJ(kg·℃)
导热系数 0123438163 W(m·℃)
黏度 393×10－4 Pa·s
二确定计划方案
选择换热器类型
两流体温度变化情况：热流体（水蒸汽）进口温度1333℃出口温度1333℃冷流体（苯甲苯）进口温度20℃出口温度94℃估计壁温壳壁温差较加受压力较选浮头式换热器
流动空间流速确定
饱蒸汽宜走壳程饱蒸汽较清洁冷凝液容易排出苯甲苯混合液走程
三估计总传热面积
热流量
水蒸汽流量
均传热温度
传热面积根流体情况假设
四工艺结构尺寸
浮头式（导流）换热器基参数表*查
壳径mm
700
子尺寸mm
f25×25mm
公称压强mPa
25
长m
45
公称面积
921
子总数
268
程数
2
子排列方法
正方形斜转45°
选该型号换热器求程总传热系数
五换热器核算
1核算压强降
程流动阻力
程阻力等流体流传热直阻力程局部阻力
程结垢校正系数量纲1f25×25mm子似取14
*化工原理册2）浮头式（导流）换热器基参数天津学出版社2005年版第367页
程流体通截面积
程流体流速
设壁粗糙度查图*
程流动阻力70kPa符合设计条件
2热流量核算
壳程流传热系数
蒸汽水束外冷凝采凯恩（Kern）估算式根两流体温度传热系数假设tw115℃
程流传热系数
*化工原理册图127 摩擦系数雷诺准数相粗糙度关系天津学出版社2005年版第54页
普兰特准数
③传热系数K
查表*知污垢热阻
壁导热系数
换热器合适
*化工原理册壁面污垢热阻125370087（污垢系数）天津学出版社2005年版第354页
④传热面积裕度
传热面积
该换热器实际传热面积A
该换热器面积裕度式
115～125范围传热面积裕度合适该换热器完成生产务该换热器合适
3壁温核算
壁薄壁热阻壁温式
计算传热侧污垢热阻较会传热壁温升高降低壳体传热壁温差操作初期污垢热阻较壳体传热间壁温差较计算中应利操作条件考虑取两侧污垢热阻零计热
式变
气体均温度
液体均温度（端流）
带入计算 凯恩式中假设相差假设合适
设计数结果览表
参数
程
壳程
流量（kgh）
90000
进出口温度（℃）
2094
13331333
压力（kpa）
常压
300（绝压）
物性参数
定性温度（℃）
57
密度（kgm3）
83453
9353302
定压热容（J(kg·℃)）
16861354
19735
粘度（Pa·S）
0000393
0000219
热导率（W(m·℃)）
0123438163
06862
普朗特数
536
设备结构参数
形式
浮头式
台数
1
体径（mm）
20
壳程数
1
径（mm)
25
子排列
正方形斜转45°
长（mm）
4500
材质
碳钢
数目（根）
268
传热面积（m2）
484568
程数
2
污垢热阻((m2·k)w)
172×104
860×105
计算结果
流速（ms）
07116
表面传热系数(w(m2·k))
10674
46486
阻力(kpa)
689254
传热量（W）
3119100
传热温差（K）
69
传热系数(w(m2·k))
57336
裕度
1579
结
课程设计化工原理课程总结性教学环节培养学生综合运门课程关选修课程基知识解决某设计务次训练
课程设计时作业设计中需做出决策确定方案选择流程查取资料进行程设备计算选择做出证核算反复分析较择优选定理想方案合理设计
通课程设计方面力提升
(1)查阅资料选公式搜集数(包括已发表文献中生产现场中搜集)力
(2)树立考虑技术先进性行性考虑济合理性注意操作时劳动条件环境保护正确设计思想种设计思想指导分析解决实际问题力
(3)迅速准确进行工程计算力
(4)简洁文字清晰图表表达设计思想力
简单设计计算相关核算程较出设计换热器致满足生产求中设计时计算值K500W(m2·k)Tw115℃校核K48456 W(m2·℃)Tw117℃相差换热器换热面积9212m2158裕量流动阻力计算结果生产工艺求范围说明次换热器设计实现工艺生产
通次设计学需耐心计算步需学会断演算中发现问题通查阅资料联系实际解决问题够善前联系整体握设计方总说次设计较成功想设计更更适合工业化生产换热器需量查阅资料断积累验相关知识
参考文献
1 夏清陈常贵 化工原理册 天津 天津学出版社 2005年
2 匡国柱史启 化工单元程设备程设计 北京 化学工业出版社 2003年
3 刘巍等 工艺计算手册 北京 中国石化出版社 2003年
4 贾绍义柴诚敬 化工原理课程设计 天津 天津学出版社 2002年
5 辽宁石油化工学石油化工学院 化工原理课程设计指导 辽宁 辽宁石油化工学石油化工学院 2005年
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课程设计
题 目水蒸汽加热苯甲苯混合液卧式列换热器设计
学 院 化学工程学院
专业班级 制药
姓 名
指导老师
2011年 X月
课程设计务书
学生姓名： 专业班级： 制药班
指导教师： 工作单位： 化学工程学院
题 目 水蒸汽加热苯甲苯混合液卧式列换热器设计
初始条件：
设计台卧式列换热器质量流量80吨时苯甲苯（X104）混合液20℃加热94℃加热介质采300kPa绝压饱水蒸汽冷凝液饱温度排出求换热器程压降70kPa
求完成务 （包括课程设计工作量技术求说明书撰写等具体求）
1合理参数选择结构设计
2工艺计算包括传热计算压降计算等
3设备工艺尺寸设计
时间安排：
设 计 容 时间
1根换热务关求确定设计方案 1天
2初步确定换热器结构尺寸 1天
3核算换热器传热面积流体阻力 1天
4确定换热器工艺结构 1天
5写出设计说明书 1天
指导教师签名： 年 月 日
系（责教师）签名： 年 月 日
目录
设计务书…………………………………………………………………2
绪…………………………………………………………………………4
符号说明……………………………………………………………………7工艺计算……………………………………………………………………8
确定物性数…………………………………………………………………………8
确定计划方案…………………………………………………………………………9
计算总传热面积………………………………………………………………………9
工艺结构尺寸…………………………………………………………………………10
换热器核算……………………………………………………………………………10
设计数结果览表………………………………………………………15
结束语………………………………………………………………………16
参考文献……………………………………………………………………17
绪
列式换热器结构特点
壳式换热器(shell and tube heat exchanger)称列式换热器封闭壳体中束壁面作传热面间壁式换热器种换热器结构较简单操作种结构材料（金属材料）制造高温高压目前应广类型
根冷热流体换热方式换热器分混合式换热器蓄热式换热器间壁式换热器中间壁式换热器应广泛型式样换热器传热面形状结构特点间壁式换热器分式换热器板式换热器特殊式换热器三类
列式换热器化工生产中常种换热设备 结构简单 适应性强 单位体积具传热面积传热效果 种类 型号全
列换热器特点：
1耐腐蚀性：聚丙烯具优良耐化学品性机化合物酸碱盐溶液强氧化性物料外直100℃破坏作溶剂室温均溶解般烷径醇酚醛酮类等介质均
2耐温性：聚丙烯塑料熔点164174℃般温度达110125℃
3毒性：结垢污染介质食品工业
4重量轻：设备安装维修极方便
二壳式换热器选设计计算步骤
1浮头式换热器结构
换热器块板法兰外壳相连接块板外壳连接子受热冷时伸缩块板连接顶盖称浮头种换热器做浮头式换热器优点：束拉出便清洗束膨胀变壳体约束两种换热器介质温差时会束壳体热膨胀量产生温差应力缺点结构复杂造价高浮头式换热器束端板浮动完全消热应力整束壳体中抽出便机械清洗检修浮头式换热器应较广结构较复杂造价较高
浮头式换热器
2试算初步选设备规格
①确定流体换热器中流动途径附表
附表 列式换热器易燃易爆液体气体允许安全流速
液体名称
乙醚二氧化碳苯
甲醇乙醇汽油
丙酮
氢气
安全流速ms
<1
<2~3
<10
≦8
②根传热务计算热负荷Q
③确定流体换热器两端温度选择壳式换热器类型计算定性温度确定定性温度物体物性
④计算均温度差根温度校正系数08原决定壳程数
⑤总传热系数验值范围选定总传热系数K
⑥初步算出S确定换热器基尺寸
换热规格排列选择
换热直径越换热器单位容积传热面积越洁净流体完径取洁净易结垢流体径应取免堵塞制造维修方便国目前试行系列标准规定采f19×2mmf25×25mm两种规格长15203060m
排列方式：正三角形正方形直列错列排列见图
种排列方式优点：
3计算程壳程压强降
初步计算程壳程流体流速压强降检查结果否合理满足工艺求压强降符合求确定程数折流板间距重新调整流速确定种尺寸直压降满足求止
4核算中传热系数
根流体性质选择适垢层热阻RR计算传热基方程计算初选换热器实际具传热面积计算行考虑换热器计算式准确度未预料素应选换热器面积15～25裕度115～125否应重新估计重复计算
符号说明
英文字母
B——折流板间距m
C——系数量纲
d——径m
D——换热器外壳径m
f——摩擦系数
F——系数
h——圆缺高度
K——总传热系数W（m2·℃）
L——长m
m——程数
n——指数
数
程数
N——数
程数
NB——折流板数
Nu——努赛尔准数
P——压力Pa
数
Pr——普兰特准数
q——热通量Wm2
Q——传热速率W
r——半径m
气化热kJkg
R——热阻m2·℃W
数
Re——雷诺准数
S——传热面积m2
t——冷流体温度℃
心距m
T——热流体温度℃
u——流速ms
W——质量流量kgs
希腊字母
——流传热系数W(m·℃)
——限差值
——导热系数W(m·℃)
——粘度Pa·s
——密度kgm3
——校正系数
标
i——
m——均
o——外
s——污垢
工艺计算
确定物性数
定性温度：取流体进出口温度均值
壳程水蒸汽温度定性温度
（300kPa绝压水蒸汽T1333℃）
程流体定性温度
℃
根定性温度分查取关物性数
水蒸汽1333℃关物性数
密度 1651 kgm3
定压热容 19735 kJ(kg·℃)
导热系数 00265971 W(m·℃)
黏度 133×10－5 Pa·S
液化热 21681kJkg
苯甲苯混合液（X104）57℃物性数
密度 8345295716 kgm3
定压热容 1686 kJ(kg·℃)
导热系数 0123438163 W(m·℃)
黏度 393×10－4 Pa·s
二确定计划方案
选择换热器类型
两流体温度变化情况：热流体（水蒸汽）进口温度1333℃出口温度1333℃冷流体（苯甲苯）进口温度20℃出口温度94℃估计壁温壳壁温差较加受压力较选浮头式换热器
流动空间流速确定
饱蒸汽宜走壳程饱蒸汽较清洁冷凝液容易排出苯甲苯混合液走程
三估计总传热面积
热流量
水蒸汽流量
均传热温度
传热面积根流体情况假设
四工艺结构尺寸
浮头式（导流）换热器基参数表*查
壳径mm
700
子尺寸mm
f25×25mm
公称压强mPa
25
长m
45
公称面积
921
子总数
268
程数
2
子排列方法
正方形斜转45°
选该型号换热器求程总传热系数
五换热器核算
1核算压强降
程流动阻力
程阻力等流体流传热直阻力程局部阻力
程结垢校正系数量纲1f25×25mm子似取14
*化工原理册2）浮头式（导流）换热器基参数天津学出版社2005年版第367页
程流体通截面积
程流体流速
设壁粗糙度查图*
程流动阻力70kPa符合设计条件
2热流量核算
壳程流传热系数
蒸汽水束外冷凝采凯恩（Kern）估算式根两流体温度传热系数假设tw115℃
程流传热系数
*化工原理册图127 摩擦系数雷诺准数相粗糙度关系天津学出版社2005年版第54页
普兰特准数
③传热系数K
查表*知污垢热阻
壁导热系数
换热器合适
*化工原理册壁面污垢热阻125370087（污垢系数）天津学出版社2005年版第354页
④传热面积裕度
传热面积
该换热器实际传热面积A
该换热器面积裕度式
115～125范围传热面积裕度合适该换热器完成生产务该换热器合适
3壁温核算
壁薄壁热阻壁温式
计算传热侧污垢热阻较会传热壁温升高降低壳体传热壁温差操作初期污垢热阻较壳体传热间壁温差较计算中应利操作条件考虑取两侧污垢热阻零计热
式变
气体均温度
液体均温度（端流）
带入计算 凯恩式中假设相差假设合适
设计数结果览表
参数
程
壳程
流量（kgh）
90000
进出口温度（℃）
2094
13331333
压力（kpa）
常压
300（绝压）
物性参数
定性温度（℃）
57
密度（kgm3）
83453
9353302
定压热容（J(kg·℃)）
16861354
19735
粘度（Pa·S）
0000393
0000219
热导率（W(m·℃)）
0123438163
06862
普朗特数
536
设备结构参数
形式
浮头式
台数
1
体径（mm）
20
壳程数
1
径（mm)
25
子排列
正方形斜转45°
长（mm）
4500
材质
碳钢
数目（根）
268
传热面积（m2）
484568
程数
2
污垢热阻((m2·k)w)
172×104
860×105
计算结果
流速（ms）
07116
表面传热系数(w(m2·k))
10674
46486
阻力(kpa)
689254
传热量（W）
3119100
传热温差（K）
69
传热系数(w(m2·k))
57336
裕度
1579
结
课程设计化工原理课程总结性教学环节培养学生综合运门课程关选修课程基知识解决某设计务次训练
课程设计时作业设计中需做出决策确定方案选择流程查取资料进行程设备计算选择做出证核算反复分析较择优选定理想方案合理设计
通课程设计方面力提升
(1)查阅资料选公式搜集数(包括已发表文献中生产现场中搜集)力
(2)树立考虑技术先进性行性考虑济合理性注意操作时劳动条件环境保护正确设计思想种设计思想指导分析解决实际问题力
(3)迅速准确进行工程计算力
(4)简洁文字清晰图表表达设计思想力
简单设计计算相关核算程较出设计换热器致满足生产求中设计时计算值K500W(m2·k)Tw115℃校核K48456 W(m2·℃)Tw117℃相差换热器换热面积9212m2158裕量流动阻力计算结果生产工艺求范围说明次换热器设计实现工艺生产
通次设计学需耐心计算步需学会断演算中发现问题通查阅资料联系实际解决问题够善前联系整体握设计方总说次设计较成功想设计更更适合工业化生产换热器需量查阅资料断积累验相关知识
参考文献
1 夏清陈常贵 化工原理册 天津 天津学出版社 2005年
2 匡国柱史启 化工单元程设备程设计 北京 化学工业出版社 2003年
3 刘巍等 工艺计算手册 北京 中国石化出版社 2003年
4 贾绍义柴诚敬 化工原理课程设计 天津 天津学出版社 2002年
5 辽宁石油化工学石油化工学院 化工原理课程设计指导 辽宁 辽宁石油化工学石油化工学院 2005年
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