《管壳式换热器的设计和选用的计算步骤》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管壳式换热器的设计和选用的计算步骤（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、管壳式换热器的设计和选用的计算步骤设有流量为mh的热流体，需从温度冷却至T2,可用的冷却介质入口温度t出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力川；。根据传热速率基本方程：0=11MlJIT当Q和山二已知时，要求取传热面积A必须知K和与工则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。初选换热器的规格尺寸初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数目皿大于，否则应改变流动方式，重新计算。计算热流量Q及平均传热温差Atm,根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A选取
2、管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数NP和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时NP与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。核算总传热系数分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。计算传热面积并求裕度根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差Atm,由总传热速率方程计算传热面积A0,一般应使所选用或
3、设计的实际传热面积AP大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的计算式为：H=4-4X1QQ%A95 c预热某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从至128C,原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下：表4-18设计条件数据物料流量kg/h组成(含乙醇量)mol%温度c操作压力MPa进口出口釜液109779145原料液102680795128试设计选择适宜的管壳式换热器。解：(1)传热量Q及釜液出口温度冬a.传热量QQ。以原料液为基准亦计入5%的热损失，按以下步骤求得传热量平均温度J=(95+128)/2=H1.5c分别查得乙醇、
4、水的物性为：粘度心(cp)热导率入(W/mc)密度p(kg/m3)比热容Cp(kJ/kgC)乙醇700水混合物以上表中混合物的各物性分别由下式求得：混合物尸胆：/三工1W+/闻“Cp混合物热导率七九=0一9&M*%町)W/(mC)混合物密度跳：外=叫5+%/昌kg/m3混合物比热容,押：门1H=%网.町kJ/(kgC)式中飞为组成为i的摩尔分率，的,为组分i的质量分率。其他符号意义同前所需传递的热流量：2=105眩&*-3=105x102680x407x(1285)=1.447xlO7/tJ/Za二401亚b.确定釜液出口温度假设n=113C,则定性温度为：图二5也)/2=(1d5+ll切2=
5、129cT由她可查得乙醇、水物性，亦由以上推荐公式分别求得釜液的物性为:粘度心(cp)热导率入(W/mc)密度p(kg/m3)比热容Cp(kJ/kgC)乙醇水釜液由热流量衡算得:=145-L44A107/(109T794135)=(2)换热器壳程数及流程a.换热器的壳程数明对于无相变的多管程的换热器壳程数帆的确定，是由工艺条件，即冷、热物流进出口温度，按逆流流动给出传热温差分布图如图4-71所示，采用图解方法确定壳程数此。图1图解壳程数Ns如图1可见，所用水平线数为2,故选取该换热器的壳程丸I为2。其处理办法，或在一壳体内加隔板或选用两个单壳程的换热器，显然后者比较方便。故选用两台相同的换热器
6、。b.流程规定冷、热流体的物性及流量均相近。为减少热损失，先选择热流体(釜液)走管程，冷流体(原料液)走壳程如图4-72所示。流程示意图(3)估算传热面积A前面已提供了釜液及原料液进出 口温度于是可得：内。=出&)啰幻/必=(345-128)-(113-95)/ln145-12X113-95J心应加以校正，其校正在列管式换热器中由于加折流板或多管程，冷、热两流体并非纯逆流，以上系数心按以下步骤求得:P-02d于是得传热温差校正值为：玄二前。郎/胸C ,于是可求所需由R、P及壳程数查图4-8(2)得：歌一U.MAr*Ax=0.84x17.5=147b.传热面积A根据冷、热流体在换热器中有无相变化
7、及其物性等，选取传热系数传热面积A为:“Q1.45x107x103A=342.5m1AT&e800x3600x147iT(4)换热器选型根据传热温差的大小，传热介质的性质以及结垢、清洗要求等条件选择适宜的换热器，为保证传热时流体适宜流动状态，还需估算管程数。管程热流体(釜液)体积流量：匕芝飞I震0广。岭岛营选用嫉2“2,5规格钢管，设管内的流速ui=0-5溺”，则:单管程所需管子根数n:n4K/如抽=4Q.3358/(?rx0,Q2ax0.5)=214根设单台换热器的传热面积为工，则单台传热面积为：j4=4/2=杜血JL-月/(2甩血口)A=342.5/(2x214x,025)=10.1选取管
8、束长l=6m,则管程数为%=LH=101/60=1.7故应选取管程数为2。根据以上确定的条件，按列管换热器标准系列，初步选取型号为G800-II-16-225固定管板式换热器两台，其主要性能参数如下：壳体内径800mm公称直径800mm公称压力公称面积225m2计算面积227m2管程数2管长6000mm管子规格25x2.5排列方式A管间距32mm管数488根折流板数18壳程数1(5)换热器的核算按以上数据可分别求出管程和壳程流体流速及雷诺数管程：流通截面积民二一M一工若1240=把乂211式0.。少=0.0%麓式中n为总管数。管内流速109779充00瓦目3600xom66M90S.03=0,
9、438wi/ff式中%管程流速m/s;网釜液流速kg/h;乌一釜液平均密度根/删g二生三内=0.02x0.438x303.03-C1224XW3管内雷诺数355_：式中&管内直径，m;M釜液平均粘度，Rrs；壳程：选折流板间距B=300mm壳程流通截面积生”。-义)j=O.3xO.gxn-)=0.0525雨0式中马一壳体内径，m;4口管外径，m；t管间距，m。3600X用咒仇102680流速=0一05阳/s3600x0.0525x897.9式中“口一壳程流速m/s;外-原料液平均密度口原料液流率kg/h。当量直径x0.032a-0.7S5x0.0252方Y0.025=0.02相雷诺数L出0.0
10、2x0.605x897.9八八o4146SIJ.262X10-3式中原料液平均粘度日.从以上计算结果可知,两流体在换热器中流动均能达到湍流，有利于传热。a.管、壳程压力降管程压力降a片取管壁绝对粗糙度:E=相对粗糙度:二 0.2/20 = 0.01,于是得单管程压力降为:由前面计算已得3=35510,故可查得直管壁摩擦系数2=004匚。必门260-43SJX902.03三口0 02=0.04xx=1Q45尸向回弯压降:吐二3/4非乂9阳03=26氐式中一阻力系数管程总压力降:的=（馍+3）哂牝校正系数4 =1.5管程数串联的壳程数虱=2（即串联的换热器数）壳程压力降A片管束压降1。（AZ卫+1
11、）三角形排列：F二壳程流体摩擦因数片=5.DxR已丁以二50x（41468）二诩二0443外二Llx=t.lxf488)0J=243折流板数-1%二0.5x0.443x243x(12+1xlx0,6052xS97.9-=168Q5用=0.01.62出口折流板缺口压降：=18共3.50色0.8897.9x0.605x=8134.2Ft3=0.00813At7壳程总压力降:居=(%+A当风.%壳程压力降结垢校正系数:,壳程数-风=06805+8134.2)x1.15x2二5736OFs=0.iJ573MPab.总传热系数K管程传热膜系数!管内雷诺数Rj=3551010普兰特数P马C舞44=里空”口
12、匚1.6小0.578管长与管内径比：11式中G釜液平均热容kJMgc）；i釜液平均导热系数砰大册C）；%=0.023xRe8Jr3=。3惠3。限及管外传热膜系数气管外雷诺数11Pr。口曲/44Q97M1Q隈q26mqT0339普兰特数=i.yy1式中C加一原料液平均热容依7（kgc）；口原料液平均粘度%-原料液平均导热系数理（阳C）门飞工7p0J5p1/i4=036kR/Pr=0.35x41468UJyl991Ui002=4219.部/一污垢及管壁热阻管壁内外侧污垢热阻均为26足10c/w钢管壁热导率冗=打犷%团c）管壁热阻b_25亢10-I-45-556尺10小C)/W总传热系数工二工十翻十2十五鬼十工”降劭的工女由*%a1951*=：+2.8K10+5.56x10-5冥6x10士+乂土4219.822520334320二126x10得降二.74现/)式中改加一管外污垢沸n.c/W；式山管内污垢w?c/w；b管壁厚m;d题管壁平均直径m；传热面积1/)&活_L45x104x102794x3600x14.7-345所选换热器实际传热面积月户：达/=2x227=454换热器传热面裕度：上曳二巴生乂切%3.6%4545由校核可知，各项性能符合要求，换热能力可满足生产需求，所选换热器可以采用。
管壳式换热器的设计和选用的计算步骤
