选择类型：两种流体的温度变化情况，原料液温度是常温，进入换热器的水是高温，因此利用固定管板式换热器。原料液是酸性水，应该走管层，热水走壳层。

二：确定物性参数

进口的原料液的温度为30℃，经过换热后温度为50℃，流量50000kg/h,进入换热器的水的温度为90℃，经过换热后变为70℃。该反应是在0.2MPa下进行。

三：确定物性参数

原料液的定性温度为：T=（30+50）/2=40℃

水的定性温度为：T=（90+70）/2=80℃

原料液在40℃下的物性数据为：

密度：ρ=105.7 Kg/m³

定压比热容：Cp1= 3.7KJ/Kg·℃

热导率：λ1=0.478 W/（m·k）

粘度：μ1=0.76×10¯³Pa·s

水在80℃下的物行参数：

密度：ρ=971.8Kg/m³

定压比热容：Cp1=4.195KJ/Kg·℃

热导率：λ1=0.3551W/（m·k）

粘度：μ1=0.365×10¯³Pa·s

四：估算传热面积：

1:热流量：

Q1=m1·Cp1·Δt1=50000×3.7×(50-30)=37000 kJ/h=1052.5 (kw)

平均传热温差：先按照纯流计算：

2:传热面积：

假设K=400W/(m²·K),则估算的换热面积为：

冷却水用量：

五：工艺结构设计：

1：管内和管径流速：   选用Φ25×2.5的冷拔传热管（碳刚），取管内流速为u=1.3m/s.

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：

传热管数:

按照单管程设计，所需的传热管长度为：

,

按单管程的设计，传热管过长，应采用多管程结构，采用标准设计，取管长,则该换热管的管程数为

，

传热管总根数         。

3：平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数

按单壳程，双管程结构，查图得

平均传热温差

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：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，隔板两侧采用正方形排列，

取管心距t=1.25do，则

t=1.25×25=31.25≈32mm

隔板中心到离最近一排管中心距离为

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32根。

5：壳体内径：    采用多管程结构，取管板利用率为，则壳体的内径为

按壳体卷制的进级档，可取D=400mm.

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%，则切去的圆缺高度为

取折流板间距B=0.3D,则

折流板数

7：其他附件：      拉杆数量与直径按标准选取，选取拉杆直径为16mm,数量不少于4个。

确定拉杆尺寸:查表得拉杆直径为16mm时，拉杆螺纹公称直径为16mm，前端螺纹长度为20mm,后端罗纹长度不小于60mm,且管板上拉杆孔深为20mm.

8：接管： 

管程流体进出口接管： 取管程接管流速为=10m/s，则接管内径为

。

圆整后可取管内径为130mm

壳程流体进出口接管：取接管内水的流速为=2.5m/s,则接管内径为

管内径为80mm.

六：换热器核算：

1：热流量核算：

(1)壳称表面传热系数    用克恩法计算

当量直径

壳程流通面积

壳程流体流速及雷诺数分别为

普朗特数

粘度校正    

（2）管内表面传热系数

管程流体流通面积

管程流体流速及雷诺数

普朗特数

(3)污垢热阻和管壁热阻

管外侧污垢热阻

管内侧污垢热阻

碳钢在该条件下的热导率为50.2,所以

（4）传热系数

（5）传热面积裕度      计算传热面积Ac为

该换热器的实际传热面积Ap为

该换热器面积裕度为

传热面积裕度合适，该换热器能完成生产任务。

2：壁温核算：管壁热阻很小，可忽略不计，取两边污垢热阻为零计算传热管壁温，则可按照下公式计算管壁温度：

传热管平均壁温：

℃

壳体壁温可近似取壳程流体的平均温度，即T=80℃。

壳体壁温和传热管壁温差为

℃

温差较小，不需要设置温度补偿装置，因此选用管板式换热器。

3：换热器内流体的流动阻力：

(1)管程流体阻力

由Re=68691.6,传热管对粗糙度，查莫狄图得，流速u=1.29m/s,ρ=971.8kg/m3,所以

管程流体阻力在允许范围之内。

（2）壳程阻力

流体经过管束的阻力

流体经过折流板缺口的阻力

总阻力

该换热器操作压力为0.2MPa，所以壳程流体的阻力合适。

（3）换热器主要结构尺寸和计算结果表

1．筒体内径确定

由工艺设计可得，筒体的内径为400mm，并按此内径做排管图。

2．法兰及其垫片选择

查JB-T4701-2000法兰标准

选取以下参数：

3．管箱结构设计

选用B型封头管箱型,换热器为两管程，

接管位置最小尺寸

壳程接管位置最小尺寸为

其管箱最小长度可不按流通面积计算，只考虑相邻焊缝间距离计算

4．固定端管板结构设计

依据所选的管箱法兰结构，确定固定端管板外径为D=445mm.

5.鞍座选用及其安装位置确定

鞍座选用JB/T4712B型鞍座，高度为200mm.

两支座应设置在换热器管束长度范围内的适当位置，

6折流板布置

折流板结构尺寸：外径D=DN-8=400-8=392(mm)，厚度取8mm,

前端折流板距离管板的距离为50mm,后端折流板与管板距离为50mm,

实际按折流板间距B=120mm，计算折流板数量为3块。

拉杆直径为Φ16，数量为4根。

八：强度计算

1．筒体壁厚计算

由工艺设计给定设计温度为40℃，设计压力为0.25MPa,选择低合金结构钢板16MnR卷制，材料在40℃的许用应力为170MPa,取焊缝系数为0.85，腐蚀裕度C2=1mm,则

2．外头盖短节、封头厚度计算      外头盖内径为Φ=410mm，其余条件、参数同筒体。

3．管箱短节、封头厚度计算    由工艺设计给定设计参数为：设计温度为40℃，设计压力为0.25MPa，选用16MnR ,材料许用应力为[σ]=170MPa，屈服强度为345MPa，取焊缝系数Φ=0.85，腐蚀裕度=2（mm）

4.管箱短节开孔补强的校核

开孔补强采用等面积补强法，由工艺设计给定的接管尺寸为Φ130×9，材料和管箱材料一样， =2（mm）

5.壳体接管开孔补强校核 开孔补强采用等面积补强法，由工艺设计给定参数的接管尺寸为Φ80×12，选用热轧碳素钢管，许用应力为[σ]=170MPa， =1（mm）。

6．固定管板计算    固定管板厚度采用BS法计算

假定管板厚度b=12mm,总传热管数n=,

一根管壁金属的横截面积为

开孔强度削弱系数（双程）µ=0.5

两管板间换热管有效长度L=350mm

计算系数K

按管板间支考虑，依K值查图，得G1=1.5，G2=-0.15，G3=1.8

管板最大应力

管子最大应力

筒体内径截面积

管板上管孔所占的总截面积

系数

系数

壳程压力Ps=0.25MPa,管程压力Pt=0.25MPa.

当量压差Pa=Ps-Pt(1+β)=0.25-0.25(1+0.233)=-0.058(MPa)

管板使用16Mn锻，[σ]r=163MPa。

换热管采用10号碳素钢[σ]r=112MPa,

管板、管子强度校核

管板设计满足强度要求。考虑到管板双面腐蚀取C2=4mm,隔板槽深取4mm,实际管板厚度为23mm.

设计值汇总