摘要。换热器的应用贯彻化工生产过程的始终，换热器换热效果的好坏直接影响化工生产的质量和生产效益。
所以换热器是非常重要的化工生产设备，在化工领域中，它扮演着主力军的身份，它是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备，在化工设备中占大约50%以上的比重。
既然换热器在化工生产中扮演如此重要的角色，那么如何设计出换热效果好，设备健全合理，三废排放量更低，能源利用率更高，经济效益高的换热器是我们从事化工行业工作人员刻不容缓的职责。
为了完成年产2.8万吨酒精的生产任务，设计换热器的总体思路：在正常的生产过程中，利用塔底的釜残液作为加热介质在塔底冷却器中进行第一次预热，然后用少量的水蒸汽便可在预热器中使原料液达到预期的温度进入精馏塔中。
塔顶酒精蒸汽经过全凝器，利用循环冷却水作为冷却介质使酒精蒸汽转为液体。最后，在塔顶冷却器中再次用冷却水使其降到25。c输送到储装罐中。
关键词：冷却器；再沸器；全凝器；对流传热系数；压降；列管式换热器；离心泵。
目录。第一章换热器的设计 1
1.1概述 1
1.1.1流程方案的确定 1
1.1.2 加热介质、冷却介质的选择 1
1.1.3 换热器类型的选择 1
1.1.4 流体流动空间的选择 2
1.1.5 流体流速的确定 2
1.1.6换热器材质的选择 3
1.1.7换热器壁厚的确定 3
1.2.固定管板式换热器的结构 3
1.2.1管程结构 3
1.2.2壳程结构 4
1.3 列管换热器的设计计算 4
1.3.1 换热器的设计步骤 4
1.3.2 计算所涉及的主要公式 5
第二章设计的工艺计算 9
2.1 全塔物料恒算 9
2.2 原料预热器的设计和计算 10
2.2.1 确定设计方案 10
2.2.2 根据定性温度确定物性参数 10
2.2.3换热器的选择 11
2.3塔顶全凝器的设计和计算 16
2.3.1确定设计方案 16
2.3.2 根据定性温度确定物性参数 16
2.2.3 换热器的选择 17
2.4 塔顶冷却器的设计 22
2.4.1 确定设计方案 22
2.4.2 根据定性温度确定物性参数 22
2.4.3 换热器的选择 23
2.5 塔底冷却器的设计 27
2.5.1 确定设计方案 27
2.5.2 根据定性温度确定物性参数 27
2.5.3 换热器的选择 28
2.6 再沸器的设计 32
2.6.1 确定设计方案 32
2.6.2 根据定性温度确定物性参数 32
2.6.3再沸器的工艺计算 33
第三章附录 42
符号说明 42
第四章设计感想 43
参考文献 44
第一章换热器的设计。
1.1概述
工业生产过程，两种物料之间的热交换一般是通过热交换器完成的，所以换热器的设计就显的尤为重要。进行换热器的设计，首先应根据工艺要求确定换热系统的流程方案并选用适当类型的换热器，确定所选换热器中流体的流动空间及流速等参数，同时计算完成给定生产任务所在地需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸且根据实际流体的腐蚀性确定换热器的材料，根据换热器内的压力来确定其壁厚。
1.1.1流程方案的确定。
换热器设计的第一步是确定换热系统的流程。为了节约能源，提高热量的利用率，采用原料液冷却塔底釜液，这样不仅冷却了釜液又加热了原料液，既可以减少预热原料所需要的热量，又可减少冷却水的消耗。从冷却器出来的釜液直接储存，从冷却器出来的原料液再通往原料预热器预热到所需的温度。
塔顶蒸出的乙醇蒸汽通入塔顶全凝器进行冷凝，冷凝完的液体进入液体再分派器，其中的1/2回流到精馏塔内，另1/2进入冷却器中进行冷却，流出冷却器的液体直接储存作为产品。
1.1.2 选择加热介质、冷却介质
在换热过程中加热介质和冷却介质的选用应根据实际情况而定。除应满足加热和冷却温度外，还应考虑**方面，**低廉，使用安全。我们本次课程设计所用的加热介质是120℃的水蒸气，冷却介质是选择水。
1.1.3 换热器类型的选择。
列管式换热器的结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广，历史悠久，设计资料完善，并已有系列化标准，特别是在高温、高压和大型换热设备中占绝对优势。所以本次设计过程中的换热器都选用列管式换热器。
由于本次设计过程中所涉及的换热器的中冷热流体温差不大（小于70℃）,各个换热器的工作压力在1.6mp以下，都属于低压容器，因固定管板式换热器两端管板与壳体连在一起，这类换热器结构简单、**低廉、管子里面易清洗，所以可选择列管式换热器中的固定管板式换热器。
1.1.4 流体流动空间的选择。
哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例)。
1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。
2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。
4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。
5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。
(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低re(re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。
1.1.5 流体流速的确定。
流体的流速对传热来说非常的重要，因为在滞留层的传热是一热传导为主，热传导的传热速率小于对流传热。所以如果流速太小它形成的滞留层会很厚，会大大减小传热速率，又因如果流速太小杂质会在壁面沉积也会导致传热速率的下降，提高流体在换热器中的流速，可以增大对流体传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增加，所需要传热面积减少，设备费用降低。但是流速增加，流体阻力将相应加大，使操作费用增加。
所选择流速时应该综合考虑。
下表列出工业一般采用的流体流速范围。
1.1.6换热器材质的选择
在进行换热器设计时，换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度。流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，最后还要考虑材料的经济合理性。
碳钢**低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。如一般换热器用的普通无缝钢管，其常用的材料为10号和20号碳钢。
在本次设计中所涉及的换热器中的流体都是乙醇或水，不存在腐蚀性。所以本次设计中的换热器的管材和壳材都选用碳钢。
1.1.7换热器壁厚的确定。
一般内压容器厚度由应满足刚度和压力的要求，本次设计中所用到的换热器内部压降都不太大，都属于常压容器，所以换热器的壁厚只要满足刚度要求即可。
1.2.固定管板式换热器的结构。
固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构使壳侧清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管子和壳体的壁温差大于50℃时，应在壳体上设置温差补偿——膨胀节，依靠膨胀节的弹性变形可以减少温差应力。膨胀节的形式较多，常见的有u形、平板形和ω形等几种。
由于u形膨胀节的挠性与强度都比较好，所以使用得最为普遍。当管子和壳体的壁温差大于60℃和壳程压强超过0.6mpa时，由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。
由此可见，这种换热器比较适合用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。
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目录。1.1概述3 1.2.换热器设计任务书3 1.3换热器的结构类型4 1.4换热器材质的选择6 1.5设计方案简介7 2.1设计参数10 2.2计算总传热系数10 2.3工艺结构尺寸11 2.4换热器核算13 2.4.1.热流量核算13 2.4.2 换热器内流体的流动阻力15 3.1设计结果一览...