管壳式换热器的设计和选用的计算步骤

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1、管壳式换热器的设计和选用的计算步骤设有流量为rnh的热流体，需从温度T】冷却至T2,可用的冷却介质入口温度11,出口温度选定为t2o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皿°根据传热速率基本方程：当Q和加』己知时，要求取传热面积A必须知K和％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、出口温度皆己知的条件下，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％，大于0.8,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△仏，根据经验佔计总传热系数K估，初佔传热面

2、积A选取管程适宜流速，佔算管程数，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、売程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数1＜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△S,由总传热速率方程计算传热面

3、积Ao,—般应使所选用或设计的实际传热面积Ap大于Ao2O%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的计算式为：xlOO%某有机合成厂的乙醇车间在节能改造屮，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，川其釜液将原料液从95°C预热至12&C,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1097793.31450.9原料液102680795128().53试设计选择适宜的管壳式换热器。解：(1)传热量Q及釜液出口温度兀a.传热量Q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Q«平均温

4、度“徑+⑷处HeC分别查得乙醇、水的物性为:粘度M(cp)热导率九(W/mc)密度p(kg/m3)比热容Cp(kJ/kg°C)乙醇0.290.1497003.182水0.260.685949.44.237混合物0.2620.539879.94.067以上表中混合物的各物性分别由下式求得：混合物％禺"=皿严+心舞Cp混合物热导率九:兀=°9(韧1+翻)w/(nfC)混合物密度久：呃汕PZ5kg/m3混合物比热容J：C网二吧+^2^2kJ/(kg°C)式中心为组成为i的摩尔分率，硏为纽分i的质量分率。英他符号意义同前。所盂传递的热流量：0=1.05必2沁2-$1)=1.05x102

5、680x4.067x(128-95)=1.447x107^J//2=401UJyb.确定釜液出口温度假设爼=113°C,则定性温度为:7；=(7J+7^)/2=(145+113)/2=129由兀可査得乙醇、水物性，亦由以上推荐公式分别求得釜液的物性为:粘度卩(cp)热导率九(W/mc)密度p(kg/m3)比热容Cp(kJ/kg°C)乙醇0.2220.14467&02.617水0.2240.686935.64.267釜液0.2240.578908.04.135由热流量衡算得:T2=Tx-Q!MhC?h=145-1.447xlO7/(109779x4.135)=U3代(1)换热器壳

6、程数及流程a.换热器的壳程数比对于无相变的多管程的换热器壳程数伉的确定，是由工艺条件，即冷、热物流迓出口温度，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軌o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比为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。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Aa.传热温差人4b.前而己提供了釜液及原料液迓出口温度，于是可得:加/[(

7、—)-(坊7)]他¥V2=[(145-128)-(113-95)]/ln<145-128^<113-95>=17.5°C在列管式换热器中市于加折流板或多管程，冷、热两流体并非纯逆流，以上应加以校止,其校止系数云，按以下步骤求得:145-113128-95=0.97一厶二竺込066145-95由R、P及壳程数查图4-8（2）得：^=0,84,于是得传热温差校正值为:^=^■^=0.84x17.5=14.7^b•传热而积A根据冷、热流体衣换热器中有无相变化及其物性等，选取传热系数K=800W/m