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列管式换热器的设计计算

  列管式换热器的设计计算_建筑/土木_工程科技_专业资料。2.4 列管换热器设计示例 某生产过程中,需将6000 kg/h 的油从140℃冷却至40℃,压力为0.3MPa;冷却介质采用循环 水,循环冷却水的压力为0.4MPa,赌博网站循环水入口温度30℃,出口温度为

  2.4 列管换热器设计示例 某生产过程中,需将6000 kg/h 的油从140℃冷却至40℃,压力为0.3MPa;冷却介质采用循环 水,循环冷却水的压力为0.4MPa,循环水入口温度30℃,出口温度为40℃。试设计一台列 管式换热器,完成该生产任务。 1.确定设计方案 . (1)选择换热器的类型 两流体温度变化情况:热流体进口温度140℃,出口温度40℃冷流体(循环水)进口温度30℃, 出口温度40℃。 该换热器用循环冷却水冷却, 冬季操作时进口温度会降低, 考虑到这一因素, 估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大, 因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换 热器。 (2)流动空间及流速的确定 由于循环冷却水较易结垢, 为便于水垢清洗, 应使循环水走管程, 油品走壳程。 选用 ф25×2.5 的碳钢管,管内流速取 ui=0.5m/s。 2.确定物性数据 . 定性温度:可取流体进口温度的平均值。 壳程油的定性温度为 (℃) 管程流体的定性温度为 (℃) 根据定性温度,分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在90℃下的有关物性数据如下: 密度 ρo=825 kg/m3 定压比热容 cpo=2.22 kJ/(kg·℃) 导热系数 λo=0.140 W/(m·℃) 粘度 ?o=0.000715 Pa·s 循环冷却水在35℃下的物性数据: 密度 ρi=994 kg/m3 定压比热容 cpi=4.08 kJ/(kg·℃) 导热系数 λi=0.626 W/(m·℃) 粘度 ?i=0.000725 Pa·s 3.计算总传热系数 . (1)热流量 Qo=Wocpo?to=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW) (2)平均传热温差 (℃) (3)冷却水用量 (kg/h) (4)总传热系数 K 管程传热系数 W/(m·℃) 壳程传热系数 假设壳程的传热系数 αo=290 W/(m2·℃); 污垢热阻 Rsi=0.000344 m2·℃/W , Rso=0.000172 m2·℃/W 管壁的导热系数 λ=45 W/(m·℃) =219.5 W/(m·℃) 4.计算传热面积 . (m2) 考虑 15%的面积裕度,S=1.15×S′=1.15×42.8=49.2(m2)。 5.工艺结构尺寸 . (1)管径和管内流速 选用 ф25×2.5传热管(碳钢),取管内流速 ui=0.5m/s。 (2)管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数 按单程管计算,所需的传热管长度为 (m) 按单管程设计,传热管过长,宜采用多管程结构。现取传热管长 L=6m,则该换热器管程数 为 (管程) 传热管总根数 N=58×2=116(根) (3)平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 第2章 换热器设计 章 按单壳程,双管程结构,温差校正系数应查有关图表。但 R=10的点在图上难以读出,因而 相应以1/R 代替 R,PR 代替 P,查同一图线 平均传热温差Δtm=φ?t?′tm=0.82×39=32(℃) (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=1.25 d0,则 t=1.25×25=31.25≈32(mm) 横过管束中心线)壳体内径 采用多管程结构,取管板利用率η=0.7,则壳体内径为 (mm) 圆整可取 D=450mm (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 h=0.25 ×450=112.5(mm),故可取 h=110 mm。 取折流板间距 B=0.3D,则 B=0.3×450=135(mm),可取 B 为150。 折流板数 NB=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块) 折流板圆缺面水平装配。 (7)接管 壳程流体进出口接管:取接管内油品流速为 u=1.0 m/s,则接管内径为 取标准管径为50 mm。 管程流体进出口接管:取接管内循环水流速 u=1.5 m/s,则接管内径为 6.换热器核算 . (1)热量核算 ①壳程对流传热系数 对圆缺形折流板,可采用凯恩公式 当量直径,由正三角形排列得 (m) 壳程流通截面积 (m) 壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校正 W/(m2·℃) ②管程对流传热系数 管程流通截面积 管程流体流速 (m2) 普兰特准数 W/(m2·℃) ③传热系数 K =310.2 W/(m·℃) ④传热面积 S (m2) 该换热器的实际传热面积 Sp ( m2) 该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适,该换热器能够完成生产任务。 (2)换热器内流体的流动阻力 ①管程流动阻力 ∑?Pi=(?P1+?P2)FtNsNp Ns=1, Np=2, Ft=1.5 由 Re=13628,传热管相对粗糙度0.01/20=0.005,查莫狄图得 λi=0.037 W/m·℃, 流速 ui=0.497 m/s,ρ=994 kg/m3,所以 管程流动阻力在允许范围之内。 ②壳程阻力 ∑?Po=(?P′1+?P′2)FtNs Ns=l,Ft=l 流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 总阻力∑?Po=1202+636.2=1838.2(Pa)<10 kPa 壳程流动阻力也比较适宜。 ③换热器主要结构尺寸和计算结果 换热器主要结构尺寸和计算结果见表2-13。