摘 要

正戊烷作为一种化工产品，它的生产工艺大部分是以轻烃原料为主。它是一种高价值的石油产品，可以直接作为燃料或发泡剂使用，更可以以它为原料生产更高价值的化工产品。正因为正戊烷是一种高价值的产品，所以关于它的生产工艺的优化是有价值的。换热器作为一种重要的生产设备，在整个生产流程中对正戊烷起着冷凝收集的作用。本次设计的换热器目的是为了达成生产目标和高效的冷却正戊烷，以降低生产的成本。

本次设计通过大量查阅中外资料，了解最先进的换热器设计制造知识。基于国家标准GB／T151-2014 《热交换器》等，完成换热器的设计。主要的设计内容包括 （1） 通过换热过程分析，在物料衡算和热量衡算的基础上，进行工艺计算，并得到工艺数据；（2） 根据工艺参数完成换热器结构设计，包括筒径，换热管数量等（3） 相关零部件的选用，包括折流板，定距管等； （4） 使用软件对换热器进行强度校核，验证换热器数据是否符合强度标准； （5）最后完成经济性计算；（6） 通过Autocad完成图纸的绘制工作。

综上所述，因为正戊烷拥有较高的经济价值，所以关注正戊烷换热器的设计也是有价值的。本设计严格按照国家标准设计，并通过校核。因此设计方法是合理的，得到的结果是正确的，最终完成的换热器能够完成年产量2500吨的生产任务并保证良好的经济性。

关键词：　正戊烷 换热器 工艺计算 结构设计 强度校核

Design of n-pentane Heat Exchanger with an Annual capacity of 2500 tons

Abstract

As a kind of chemical product, n-pentane is mainly produced by light hydrocarbon feedstock. It is a kind of high value petroleum product, can be used as fuel or foaming agent directly, and it can be used as raw material to produce higher value chemical products. Because n-pentane is a high-value product, the optimization of its production process is of great value. Heat exchanger, as an important production equipment, plays a role of condensing and collecting n-pentane in the whole production process. The purpose of the heat exchanger design is to achieve production goals and efficient cooling of n-pentane, in order to reduce the cost of production. 
The design through a large number of Chinese and foreign data to understand the most advanced heat exchanger design and manufacturing knowledge. Based on the national standard GB/T151-2014 "Heat Exchanger" and so on, the design of heat exchanger is completed. The main contents of the design include: （1） The main design contents include: 1 through the analysis of heat transfer process, on the basis of material balance and heat balance, the process calculation is carried out, and the process data are obtained.  （2）Complete the structure design of the heat exchanger according to the process parameters, including the diameter of the tube, the number of heat exchanger tubes and so on; （3） selection of related parts, including baffle plate, fixed distance tube, etc.; （4） Use of software to check the strength of heat exchangers, to verify whether the heat exchanger data meet the strength standard （5） Complete the final economic calculation. （6） finish drawing work through Autocad. 
To sum up, because n-pentane has a high value, it is also worthwhile to pay attention to the design of n-pentane heat exchanger. The design is strictly in accordance with the national standards, and through the verification. So the design method is reasonable and the result is correct. The finished heat exchanger can complete the production task of 2500 tons per year and keep good economy.

Key Words: N-pentane; Heat-exchanger; Process calculation; Structure design; Strength check

目录

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2 换热器的国内外技术发展 1

1.3 换热器研究的依据与意义 2

第二章 工艺计算 3

2.1. 选定整体设计方案 3

2.1.1换热器种类的选择 3

2.1.2流动空间及流速的确定 3

2.2 定性温度与物性参数 3

2.3 热量与流量计算 4

2.3.1计算传热温差 4

2.3.2换热器物料流量 4

2.3.3计算热负荷 4

2.4换热面积的计算 4

2.5 确定换热器结构尺寸 4

2.5.1管内流速和管径的计算 4

2.5.2换热器管程和换热管数 4

2.5.3换热管排列形式 5

2.5.4 换热器圆筒内径 5

2.5.5接管直径 5

2.5.6 折流板的选用 6

2.6 工艺核算 6

2.6.1热量核算 6

2.6.2面积裕度 8

2.6.2 壁温核算 8

2.7 换热器内流体的压降 9

2.7.1管程内流体流动阻力 9

2.7.2壳程内流体流动阻力 9

2.8数据总结 10

第三章 换热器结构设计与强度校核 11

3.1 设计条件 11

3.2换热器筒体厚度 11

3.3换热器管箱设计 12

3.3.1选择管箱结构 12

3.3.2管箱圆筒壁厚计算 12

3.3.3封头厚度校核 12

3.4水压及应力计算 13

3.4.1壳程压力试验及应力 13

3.4.2管程压力试验 14

3.4.3封头计算 14

3.5 开孔补强 15

3.5.1管程接管补强计算 15

3.5.2壳程接管补强计算（按照GB150-1998 等 面 积 补 强 法） 15

3.6鞍座的设计 16

3.6.1选择鞍座的类型 16

3.6.2鞍座的安装 17

3.7防冲挡板 19

3.8 管法兰 19

3.8.1接管法兰设计 19

3.8.2管箱法兰设计 20

3.9拉杆的设计 20

3.10折流板结构设计 20

第四章 技术经济评价 22

4.1年产2500吨正戊烷换热器装置的投资估算 22

4.1.1换热器价格估算 22

4.2其他费用计算和成本分析 22

4.2.1焊条费 22

4.2.2油漆费 23

4.2.3辅材费 23

4.2.4施工费 23

4.2.6利润和税 23

4.2.7设备造价预估 23

4.3.1盈亏平衡分析 23

结论 24

参考文献 25

致谢 27

附录 28

第一章 绪论

1.1课题背景

在石油产业中，会产生大量如加氢裂化尾油等副产物。过去很长的一段时间里，这些副产物被人单纯作为燃料燃烧，没有最大化利用其价值。在提倡节能环保的今天，加大对其的利用程度是有其必要性的。正戊烷作为一种高价值产品，很适合以这些副产物为原料进行生产。而为了得到高纯度的正戊烷产品，需要巨大的投资。因此，设计新的生产正戊烷工艺，对节约资金有重要意义。换热器是被被化工部门广泛使用的设备，在化工生产中有着重要的地位, 通过不同种类的换热器在不同的生产条件下完成不同的生产任务。而换热器作为设备投资的大头，研究它可以有效的降低投资，提高经济效益。

目前，随着经济的发展与科技的提升，不断的有新型换热器产生。但在换热设备选用中，固定管板式换热器仍是被优先考虑的，虽然在热交换效率、体积和节约材料等方面，和新型换热设备有一定的差距，但它成熟可靠，制造成本低，在实际生产中依然被大范围使用。

1.2 换热器的国内外技术发展