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()CtTtTtTtTtom3.48396039110ln)2960()39110(ln(12211221,=−−−−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−−−=∆)1、确定设计方案a、选择换热器的类型两流体的温度变化:热流体的进口温度110出口温度60冷流体的进口温度29出口温度39根据设计要求,该换热器用循环冷却水冷却,考虑到冬天作业时,其进口的温度会降低,估计该换热器壁温和壳体的温度相差很大,因此初步确定选用浮头式换热器。b、管路安排从两流体的操作压力来看,混合气体的应走管程,循环冷却水应走壳程,但由于冷却水易结垢若流速太小,会增加污垢的增长速度,时换热器的热流量下降,所以总体考虑:循环冷却水管走程,混合气体走壳程。2、确定物性数据定性温度:可取进出口地平均温度故壳程混合气体的定性温度T=(110+60)/2=85管程循环冷却水的定性温度T,=(19+39)/2=34根据T和T,查表,冷却水和混合物体的物性数据如下表3、估算传热面积a、传热温差T1——热流体的进口温度T2——热流体的出口温度t1——冷流体的进口温度t2——冷流体的出口温度在换热器中由于加折流板或多管程,冷、热两流体并非纯逆流,以上应加以校正,其校正系数按以下步骤求得124.02911029391112=−−=−−=tTttp52939601101221=−−=−−=ttTTR物质粘度μ(cp)热导率λ(W/m)密度ρ(kg/m3)比热容Cp(kJ/kg℃)混合气体冷却水0.0150.7420.002790.62490994.33.2974.174由R、P及壳程数查图得:校正系数为0.96,于是得传热温差校正值为:△tm=0.96×△tm,=0.96×48.3=46.4OCb、计算热流量kwhKJTCqQhphmT5.10408/10737.3)60110(297.32273107,,=×=−××=∆=c、冷却水的流量hKJtCQqcpTcm/89771410174.4747.3,,=×=∆=d、初算传热面积由于壳体气体的压力较大,故取较大的K值,设K=320Wm-2OC-1因此估算传热面积27014.463201035.10408mtKQSmT=××=∆=估4、换热器的尺寸逐步设计a、管径和流速的选择选用φ25×2.5较高级的碳管,考虑到流速太慢易生垢,估选流速μi=1.5m/sb、管程数可根据热流量管的内径和流速确定单管程传热管数5325.102.0785.03.9943600897714422=×××==iivdqNsµπ按单程计算需要的传热管长度mNsdSL7.16532025.014.37010=××==π估按单程计算,所需传热管过长,根据设计的实际,可选l=9m则该换热器的管程数2≈=lLNp因此需要的管子数根10645322=×=×=NpNsnc、传热管的排列和分程方法采用组合排列法,即每程内均按△排列,隔板两侧按□排列取管心距为Pt=1.25d0则mmPt3225.312525.1≈=×=隔板中心到离其最近的一排管子中心的距离查资料得mmpzt22623262=+=+=各程相邻的管心距为44mmd、壳体直径采用多程管结构,按则壳体的直径按标准可取D=1300mme、折流板采用弓形折流板,取采用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mmh32525.01300=×=取折流板间距)2.0(3.0DBDDB≺≺=则mmDB39013003.03.0=×==根据折流板的数目f、接管1914509001=−=−=折流板间距传热管长BN壳程流体进出口接管:取接管内气体流速为u=10m/s则接管内径为muqDv299.01014.3903600422731041=×××==π圆管后可取接管内径为300mm管程流体进出口接管:取接管内气体流速为u=2.5m/s则接管内径为muqDv357.05.214.33.9943600489771442=×××==π圆管后可取接管内径为360mm5、核算总的传热系数按以上数据可分别求出管程和壳程流体流速及雷诺数a、管程传热膜系数管程流通截面积2220167.002.0414.32106442mdnSi=××=××=π式中n为总管数。75.005.1==ηη取管板利用率nPtDmmnPtD5.126575.010643205.105.1=×==η管内流速smpsmuiiii/50.136003.994167.08977143600=××==式中-管程流速m/s;-釜液流速kg/h;-釜液平均密度管内雷诺数4020110742.03.99450.102.0Re3=×××==−iiiiiudµρ式中-管内直径,m;-釜液平均粘度,;管内普特常数96.4624.010742.010174.433=×××==−iipircpλµ式中-冷却水热容℃);-冷却水导热系数℃);管内传热膜系数1024.08.04.08.05.656896.44020102.0624.0023.0Re023.0−−⋅⋅=×××=××=Cmwprdiiiλαb、壳程传热膜系数选折流板间距B=390mm壳程流通截面积201109.0)032.0025.01(1300390)1(mpdBDsto=−××=−=式中D-壳体内径,m;-管外径,m;Pt-管心距,m。壳程流体流速smpsmu/73.63600901119.022731036000000=××==式中-壳程流速m/s;-混合气体的平均密度-混合气体流率kg/h。管子按△排列,当量直径mddpdet02.0025.014.3025.04032.02340)423(422202=××−××=−=πππ壳程流体的雷诺数55000001060.7105.19033.602.0Re×=×××==−µρud式中-混合气体平均粘度普朗特数773.10279.0105.110297.3530000=×××==−λµprcp式中-混合气体平均热容℃);-混合气体导热系数℃)。粘度校正95.0)(14.00≈wµµ式中μ0——主题平均温度下黏度;μw——壁温下流体粘度。壳体传热膜系数123114.031055.000099095.0773.155.076000002.00279.036.0)0(36.0−−⋅⋅=×××××==CmwwpRdeoreµµλαc、污垢热阻和管壁热阻管侧外污垢热阻10200004.0−⋅⋅=WCmR管内外污垢热阻1020006.0−⋅⋅=WCmRi管壁的热导率10150−−⋅=Cmwλ管壁热阻1025105.05000025.0−−⋅⋅×==wCmbλ式中b——管壁厚度d、总的传热系数K1024260004.099010225.0025.05000025.002.0025.00006.002.06569025.010100001−−⋅⋅=++×+×+×=++++=CmwRdmdbdidRiididKαλα
本文标题:换热器设计方案
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