列管式換熱器設計方案計算過程參考

1、根據(jù)給定的原始條件，確定各股物料的進出口溫度，計算換熱器所需 的傳熱面積，設計換熱器的結構和尺寸，并要求核對換熱器壓強降是 否符合小于30 kPa的要求。各項設計均可參照國家標準或是行業(yè)標 準 來 完 成。 具 體 項 目 如 下： 設計要求：1. 某工廠的苯車間，需將苯從其正常沸點被冷卻到40C ;使用的冷卻劑為冷卻水，其進口溫度為30C，出口溫度自定。2. 物料(苯)的處理量為1000噸/日。3. 要求管程、殼程的壓力降均小于30 kPa。1、換熱器類型的選擇。列管式換熱器2、管程、殼程流體的安排。水走管程，苯走殼程，原因有以下幾點：1. 苯的溫度比較高，水的溫度比較低，高溫的適合走管程，

2、低溫適合走殼程2. 傳熱系數(shù)比較大的適合走殼程，水傳熱系數(shù)比苯大3. 干凈的物流宜走殼程。而易產生堵、結垢的物流宜走管程。3、熱負荷及冷卻劑的消耗量。冷卻介質的選用及其物性。按已知條件給出，冷卻介質為水，根進口溫度t1=30C, 冷卻水出口溫度設計為t2=38C，因此平均溫度下冷卻水物性如下：密度 p =994kg/m3粘度卩 2=0.727 X 10-3Pa.s導熱系數(shù)入=62.6 X10-2 W/(m.K)比熱容 Cpc=4.184 kJ/(kg.K)苯的物性如下：進口溫度：80.1 T出口溫度：40C密度 p =880kg/m3粘度卩 2=1.15 X 10-3Pa.s導熱系數(shù)入=14.

3、8 X10-2 W/(m.K)比熱容 Cpc=1.6 kJ/(kg.K)苯處理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s熱負荷：Q=WhCph (T2-T1) =11.57X 1.6X 1000X (80.1-40)=7.4X 105W冷卻水用量： Wc=Q/Cpc(t2-t1)=7.4 X 105/4.184X 1000X (38-30)=22.1kg/s4、傳熱面積的計算平均溫度差. A t2 -A tl (80.1 - 3S) A t m = t280J - 381,1 40-30(40-30)=27.2C確定R和P值2804-402l;=3(r=501E - t 3

4、8 - 30P = f；=80T3O = 016查閱化工原理上冊203頁得出溫度校正系數(shù)為0.8,適合單殼程換熱器，平 均溫度差為 tm= tmX 0.9=27.2X 0.9=24.5由化工原理上冊表4-1估算總傳熱系數(shù)K （估計）為400W/ （m2C）Q740000K （估計）_ 400 x 24,5（1）傳熱管的直徑、管長及管子根數(shù);S0=5、換熱器結構尺寸的確定，包括:估算所需要的傳熱面積:=75m2由于苯屬于不易結垢的流體，采用常用的管子規(guī)格 19mm x 2mm管內流體流速暫定為0.7m/s4V 4 X (11.57/880)tl = = = 122.175rnid。123 X 3

5、.14 x 0.015,取n為123所需要的管子數(shù)目：=12.9mdiKui 3.14 X 0,7 X 0.015管長：按商品管長系列規(guī)格，取管長 L=4.5m,選用三管程管子的排列方式及管子與管板的連接方式：管子的排列方式，采用正三角形排列；管子與管板的連接，采用焊接法。（2）殼體直徑；e取 1.5d0，即卩 e=28.5mmDi=t(nc 1)+2e=遼19x(LW * 丄231 1)+2x 28.5=537.0mm,按照標準尺寸進行整圓，殼體直徑為600mm。此時長徑比為7.5,符合6-10的范圍殼體壁厚的計算pD i2p選取設計壓力p=0.6MPa,殼體材料為Q235,查的相應的許用應

6、力113MPa ;焊接系數(shù)0.65 (單面焊)，腐蝕裕度C 4mm，所以0.690047.2 8mm1130.6 50.68 mm排管方式:橫過中心的管子數(shù)目:仇=2 *空=21.1，取整21根有排管圖得出，中心有21根管道時，按照正三角形排列，可排 331根，每邊各 加8根，總共可以排列379根，除去6根拉桿，總共可以排出373,與上述計算 相差不大，所以實際管子數(shù)目為 373根。實際傳熱面積 S0=N n do (L-0.1 ) =373X 3.14X 0.019X( 4.5-0.1) =97.9m2實際傳熱系數(shù)K=7+000024.5 X 97.9=308.5W/(m2 K)(3) 折流

7、板尺寸和板間距；選取折流板與殼體間的間隙為 3.5mm因此，折流板直徑Dc=600-2 X 3.5=593mm 切去弓形高度 h=0.25D=0.25 X 600=150mm取折流板間距ho=300mm那么 Nb= (4.5-0.1 ) /0.3=14.6 , 取整得 NB=15 塊實際折流板間距 h= (L-0.1 ) /(N+1)= (4500-100) / (15+1) =275mm拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定。選用12mm鋼拉桿，數(shù)量6條。定距管采用與換熱管相同的管子，即19mX2mm鋼管。溫度補償圈的選用。由于(80.1+40) /2-(30+38)/2=26.05 V 50C,故

8、需不慮設置溫度補償圈。(4) 流體進出口接管直徑等。苯的進出口管道直徑:d =X 0.013143.14 X 07=0.15m經(jīng)圓整采用159mmX 10mm熱軋無縫鋼管，實際苯的進出口管內流速為 4 x 60131彳_=0.867m2水的進出口管道直徑:=0.106m經(jīng)圓整采用108mmX 5mm熱軋無縫鋼管，實際水的進出口管內流速為4V4 x 0,0223nd2 3 丄4x0.106=2.5m&管、殼程流體的壓力降計算。管程壓降：藝 p= ( + p2)Ft2N管程數(shù)M=3,串聯(lián)殼程數(shù) N=1，對于19mnX2mm的換熱管，結構校正系數(shù)為Ft=1.5 oRe= LUdup 0.015 x

9、07x880= 5749.330.0015,取 =0.2mm ，即 /di =0.2/14=0.015 查表，得到入=0.0442pu75 044 X 0152880 x 071+ 1.5 x=5066.6Pa p2=3LL/2=3X880X0.72/2=58.8Pa2A pi=5066.6 X 3X 1.5+58.8=22849.7Pa v 30Kpa,滿足條件殼程壓降：工 Po= ( pi + P2)FsN,由于管子排列方式對壓強降的校正因子：F=0.5 (正三角形排列)deUohD(1o) h(D ncdo)dup 0.0136 x 0.401 x 994Re=Ji0.000727=74

10、56.5, fo=5X Re0.228 = 0.1 32A ” =FfoN：(NB+1U =0.5 X 0.128 X 21X (15+1)X 994X 0.401 2/2=1718.5PaA s =NB( 3.5-色)D2A pi= ( pi+A p2)傳熱系數(shù)校正總傳熱系數(shù)由下式計算:1=丄 +r + bdo + Rsi d + doK(計)=二其中，管內苯的傳熱系數(shù)ai的計算u2-=15X (3.5-2 X 0.275/0.6) X 994X 0.401 /2=3096.8PaFt N=(1718.5+3096.8) X 1.15=5537.6Pa 30Kpaa , =0.023 Rei 0B Pr0.3di=0.023 X.1480.0015 x 1.6 x 1000 a3昴X俅叭0448=570.8W/( m 2.K)管間水的傳熱系數(shù)a o的計算 a。=0.36Reo0.55 Pr1/3de0.14w由于水被加熱，取粘度校正系數(shù)w0.14=1.05a 0 =0.36 Xq 33而血冥(7456,5) x (4.9)0 33 x LOS =4147.5( m 2 .K)取水與苯的污垢熱阻均為1.7197 X 10 4( m 2 .K)/W，鋼管導熱系數(shù)入=51W/(m.K)1K(計)1_40.0