化工单元操作技术电子教案 换热器选型计算.doc

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1、换热器选型计算【例2-6】某化工厂需要将50m3/h液体苯从80℃冷却到35℃，拟用水作冷却剂，当地冬季水温为5℃，夏季水温为30℃。要求通过管程和壳程的压力降均不大于10kPa，试选用合适型号的换热器。解(1)基本数据的查取苯的定性温度＝57.5℃冷却水进口温度取夏季水温30℃，根据设计经验，选择冷却水温升为8℃，则其出口温度为38℃水的定性温度＝34℃查得苯在定性温度下的物性数据：ρ＝879kg/m3；μ＝0.41mPa·s；cp＝1.84kJ/(kg·K)；λ＝0.152W/(m·K)查得水在定性温度下的物性数据：ρ＝995kg/m3；μ＝0.

2、743mPa·s；cp＝1.174kJ/(kg·K)；λ＝0.625W/(m·K)；Pr＝4.98(2)流径的选择为了利用壳体散热，增强冷却效果，选择苯走壳程，水走管程。(3)热负荷的计算根据题意，热负荷应取苯的传热量；又换热的目的是将热流体冷却，所以确定冷却水用量时，可不考虑热损失。Qh＝Whcph（T1－T2）＝（50×879／3600）×1.84×(80－35)＝1.01×103kW冷却水用量＝＝30.25kg/s(4)暂按单壳程、偶数管程考虑，先求逆流时的平均温度差Δtm＇＝＝℃计算P和RP＝＝R＝＝由P和R查图得，＝0.82>0.8，故选用

3、单壳程、偶数管程可行。Δtm＝Δtm＇＝0.82×17.4＝14.3℃(5)选K值，估算传热面积参照表2-4，取K=450W/(m2·K)A计＝＝m2(6)初选换热器型号由于两流体温差小于50℃，可选用固定管板式换热器，由固定管板式换热器的标准系列，初选换热器型号为：G1000Ⅳ－1.6－170。主要参数如下外壳直径1000mm公称压力1.6MPa公称面积170m2实际面积173m2管子规格425mm×2.5mm管长3000mm管子数758管程数4管子排列方式正三角形管程流通面积0.0595m2管间距32mm采用此换热器，则要求过程的总传热系数为K需

4、＝＝＝408.3W/(m2·K)(7)核算压降①管程压降∑Δpi＝（Δp1＋Δp2）FtNSNpFt＝1.4NS＝1Np＝4管程流速ui＝m/sRei＝对于钢管，取管壁粗糙度ε＝0.1mmε/di＝0.1／20＝0.005查图得，λ＝0.037Δp1＝＝0.037×PaΔp2＝3＝3×Pa∑Δpi＝（Δp1＋Δp2）FtNSNp＝（718.2+388.2）×1.4×4＝6196Pa②壳程压降∑Δpo＝（Δp1＇＋Δp2＇）FSNSFs＝1.15，Ns＝1Δp1＇＝Ff0nc（NB+1）管子为正三角形排列F＝0.5，nc＝＝＝30取折流挡板间距h＝0.

5、2m，NB＝＝＝14Ao＝h（D－ncdo）＝0.2×（1－30×0.025）＝0.05m2壳程流速uo=＝0.278m/sReo＝＝1.49×104fo=5.0Reo－0.228＝5.0×（1.49×104）－0.228＝0.559Δp1＇＝5.0×0.559×30×（1＋14）×＝4272PaΔp2＇＝NB（）＝14×（3.5－）×＝1474Pa∑Δpo＝（4272＋1474）×1.15×1＝6608Pa＜10kPa压力降满足要求。（8）核算传热系数①管程对流传热系数＝＝2778.6W/(m2.K)②壳程对流传热系数查阅相关资料，采用凯恩法计算由

6、于换热管采用正三角形排列＝0.02m=1.192×104Pr＝＝4.963壳程苯被冷却，＝0.95＝814.7W/(m2.K)③污垢热阻管内外污垢热阻分别取为Rsi＝2.1×10－4(m2.K)/W，Rso＝1.72×10－4(m2.K)/W④总传热系数忽略管壁热阻，则K计＝＝＝463.4W/(m2.K)，因此所选换热器是合适的。