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时间:2019-06-30
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1、第三章列管换热器设计示例一、设计计算基本步骤(续)(8)计算管子数和管长,对管子进行排列,确定壳体直径(9)根据管长与壳体直径的比值,确定管程数:(10)计算管程和壳程压力降,若压力降不符合要求,调整流速,再确定管程数或折流板的间距,或选择另一规格的换热器,重新计算压力降直至满足要求为止;一、设计计算基本步骤(续)(11)计算管程和壳程的对流传热系数,确定污垢热阻,计算得到总传热系数K’,比较初设值K与计算值K’,若K/K’=1.15~1.25,则初选或初步设计的换热器合适;如果不满足上述要求,用计算值代替初设
2、值,从步骤(6)起,重复以上计算,直到满足要求为止。上述步骤为一般原则,设计换热器时,可视具体情况灵活变动。一、设计计算基本步骤(续)二、操作条件的确定1、换热器内流体通入空间的选择在列管式换热器中,哪一种流体走管程,哪一种流体走壳程,一般可从下列几方面考虑:(1)不洁净的或易结垢的流体走易于清洗的一侧;对于固定管板式换热器一般走管程;U形管换热器,一般走壳程。(2)粘性大的或流量小的流体,宜走壳程,因流体在有折流板的壳程流动时,一般在雷诺数(Re<l00)以下,即可达到湍流,有利于提高传热系数。二、操作条件的确
3、定1、换热器内流体通入空间的选择(续)(3)有腐蚀性的流体应走管程,这样,只有管子、管板和管箱需要使用耐腐蚀的材料,而壳体及管外空间的其他零件都可以使用比较便宜的材料。(4)压力高的流体走管程,因为管子直径小,承受压力的能力好,还避免了采用高压壳体和高压密封。(5)有毒的流体走管程,减少泄漏的机会。(6)饱和蒸汽一般走壳程,便于冷凝液的排出(7)被冷却的流体走壳程,便于散热。二、操作条件的确定1、换热器内流体通入空间的选择(续)(8)对于固定管板式换热器,若两流体的温差较大,对流传热系数较大者宜走管程,这样可以降
4、低管壁与壳壁的温差,减少热应力。以上原则,在实际中不可能同时兼顾,对具体情况仔细分析,抓住主要方面。例如首先从流体的压力、腐蚀性以及情况等方面考虑,然后再对压力降和传热系数等方面要求进行校核,以便作出较恰当的选择。二、操作条件的确定2、流速的选择换热器内流速的大小必须通过经济核算进行选择。因为流速增加,传热系数增大,同时亦减少了污垢在管子表面沉积的可能性,降低了垢层阻力,从而使总传热系数提高,所需传热面积减少,设备投资费减少。但随着流速的增加,流动阻力也相应增加,动力消耗增大,使操作费用增加。因此,选择适宜的流速
5、是十分重要的。表1和表2列出了一些经验数据,可供设计时参考。二、操作条件的确定2、流速的选择(续)对低粘度流体,一般尽可能使Re>l0000;对高粘件流体常按滞流设计。二、操作条件的确定2、流速的选择(续)流体在换热据中合理的流速也可通过允许压力降来决定。在一般的情况下,由操作压力决定一合理的压力降,然后通过计算得到相应的流速。合理压力降的规定可参考表3二、操作条件的确定二、操作条件的确定3、载热体的选择(续)在选择时应考虑以下几个原则:(1)载热体能满足工艺上的要求达到的加热(冷却)温度(2)载热体的温度易于调
6、节;(3)载热体的饱和蒸汽压小,加热过程不会分解;(4)载热体的毒性小.对设备的腐蚀性小;(5)载热体不易爆炸;(6)载热体的价格低廉,来源充分。二、操作条件的确定3、载热体的选择(续)工业上常用的载热体及其适用场合列于表3,供选用时参考。二、操作条件的确定二、操作条件的确定二、操作条件的确定4、换热终温的确定另外在决定换热终温时,一般不希望冷流体的出口温度高于热流体的出口温度,否则会出现反传热现象,当遇到达种情况时,可采用几个换热器串联的方法解决。为了合理地规定换热终温,可参考下述数据。二、操作条件的确定4、换
7、热终温的确定(续)(1)热端的温差<20℃。(2)冷端的温差分三种情况考虑:①两种工艺流体换热时,在一般情况下,冷端温差>20℃;②两种工艺流体换热时,若热流体尚需进一步加热,则冷端温差>15℃;③采用水或其他冷却剂冷却时,冷端温差>5℃。二、操作条件的确定4、换热终温的确定(续)如果超出上述数据,应通过技术经济比较来决定换热终温。(3)冷却水的出口温度不宜太高,否则会加快水垢的生成。对于经过良好净化的新鲜水,出口温度可达到45℃或稍高一些;对于净化较差的冷却水,出口温度建议不要超过40℃。三、传热计算基本方程1
8、、传热速率方程在稳态下,当总传热系数随温度变化不大时Q=KAΔtm式中Q——热负荷,W;K——总传热系数,W/(m2·K);A——与K对应的基准传热面积,m2Δtm——有效平均温差,K.三、传热计算基本方程2、热负荷无相变时Q=WhCph(T1-T2)=WcCpc(t1-t2)式中Wh——热流体的流量,kg/s;Wc——冷流体的流量,kg/s;T1、T2——热流体的进出口
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