換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算范例

1、<p>　　管殼式換熱器又稱列管式換熱器</p><p>　　列管式換熱器的設(shè)計(jì)和選用的計(jì)算步驟　　設(shè)有流量為mh的熱流體，需從溫度T1冷卻至T2，可用的冷卻介質(zhì)入口溫度t1，出口溫度選定為t2。由此已知條件可算出換熱器的熱流量Q和逆流操作的平均推動力。根據(jù)傳熱速率基本方程：　　　　　　　　當(dāng)Q和已知時(shí)，要求取傳熱面積A必須知K和則是由傳熱面積A的大小和換熱器結(jié)構(gòu)決定的?？梢?，在冷、熱流體的流量

2、及進(jìn)、出口溫度皆已知的條件下，選用或設(shè)計(jì)換熱器必須通過試差計(jì)算，按以下步驟進(jìn)行?！?初選換熱器的規(guī)格尺寸　　◆ 初步選定換熱器的流動方式，保證溫差修正系數(shù)大于0.8，否則應(yīng)改變流動方式，重新計(jì)算?！　　?計(jì)算熱流量Q及平均傳熱溫差△tm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)總傳熱系數(shù)K估，初估傳熱面積A估。　　◆ 選取管程適宜流速，估算管程數(shù)，并根據(jù)A估的數(shù)值，確定換熱管直徑、長度及排列?！?lt;/p><p>　　◎ 計(jì)算管、殼

3、程阻力 　　在選擇管程流體與殼程流體以及初步確定了換熱器主要尺寸的基礎(chǔ)上，就可以計(jì)算管、殼程流速和阻力，看是否合理?；蛘呦冗x定流速以確定管程數(shù)NP和折流板間距B再計(jì)算壓力降是否合理。這時(shí)NP與B是可以調(diào)整的參數(shù)，如仍不能滿足要求，可另選殼徑再進(jìn)行計(jì)算，直到合理為止?！?核算總傳熱系數(shù)　　分別計(jì)算管、殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，確定污垢熱阻，求出總傳系數(shù)K計(jì)，并與估算時(shí)所取用的傳熱系數(shù)K估進(jìn)行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算?！?計(jì)算傳熱

4、面積并求裕度　　根據(jù)計(jì)算的K計(jì)值、熱流量Q及平均溫度差△tm，由總傳熱速率方程計(jì)算傳熱面積A0，一般應(yīng)使所選用或設(shè)計(jì)的實(shí)際傳熱面積AP大于A020%左右為宜。即裕度為20%左右，裕度的計(jì)算式為：　　　　　　某有機(jī)合成廠的乙醇車間在節(jié)能改造中，為回收系統(tǒng)內(nèi)第一萃取塔釜液的熱量，用其釜液將原料液從95℃預(yù)熱至128℃，原料液及釜液均為乙醇，水溶液，其操作條件列表如下：　　　　　　　　　表4-18　　設(shè)計(jì)條件數(shù)據(jù)</p>

5、<p>　　試設(shè)計(jì)選擇適宜的列管換熱器。解：（1） 傳熱量Q及釜液出口溫度　　a. 傳熱量Q　　以原料液為基準(zhǔn)亦計(jì)入5%的熱損失，按以下步驟求得傳熱量Q。　　平均溫度 ℃　　分別查得乙醇、水的物性為：</p><p>　　以上表中混合物的各物性分別由下式求得：　　混合物：　Cp　　混合物熱導(dǎo)率： 　W/(m℃)　　混合物密度： 　kg/m3　　混合物比熱容：　kJ/(kg℃

6、)　　式中為組成為i的摩爾分率，為組分i的質(zhì)量分率。其他符號意義同前。　　所需傳遞的熱流量：　　　　　　　　　　　　　b. 確定釜液出口溫度 　　假設(shè)＝113℃，則定性溫度為：　　　　　　　　℃　　由可查得乙醇、水物性，亦由以上推薦公式分別求得釜液的物性為：</p><p>　　由熱流量衡算得：　　　　　　　　　?。?13.1℃ </p><p>　?。?） 換熱器

7、殼程數(shù)及流程　　a. 換熱器的課程數(shù)　　對于無相變的多管程的換熱器殼程數(shù)的確定，是由工藝條件，即冷、熱物流進(jìn)出口溫度，按逆流流動給出傳熱溫差分布圖如圖4-71所示，采用圖解方法確定殼程數(shù)。　　　　　　　　　　　　　圖解殼程數(shù)Ns </p><p>　　如圖4-71可見，所用水平線數(shù)為2，故選取該換熱器的殼程為2。其處理辦法，或在一殼體內(nèi)加隔板或選用兩個(gè)單殼程的換熱器，顯然后者比較方便。故選用兩臺相同的

8、換熱器?！　. 流程規(guī)定　　冷、熱流體的物性及流量均相近。為減少熱損失，先選擇熱流體（釜液）走管程，冷流體（原料液）走殼程如圖4-72所示。　　　　　　　　　　　　流程示意圖</p><p>　?。?） 估算傳熱面積A　　a.傳熱溫差　　前面已提供了釜液及原料液進(jìn)出口溫度，于是可得：　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?7.5℃　　在列管式換熱器中由于加折流板或多管程，冷、熱兩流體并

9、非純逆流，以上應(yīng)加以校正，其校正系數(shù)按以下步驟求得：　　　　　　　　　　　　　　　　　　由R、P及殼程數(shù) 查圖4-8(2)得：，于是得傳熱溫差校正值為：　　　　　　　　℃　　b.傳熱面積A　　根據(jù)冷、熱流體在換熱器中有無相變化及其物性等，選取傳熱系數(shù)℃，于是可求所需傳熱面積A為：　　　　　　　　　?。?） 換熱器選型　　根據(jù)傳熱溫差的大小，傳熱介質(zhì)的性質(zhì)以及結(jié)垢、清洗要求等條件選擇適宜的換熱器，為保證傳熱時(shí)流體

10、適宜流動狀態(tài)，還需估算管程數(shù)。 　　管程熱流體（釜液）體積流量：　　　　　　　　　　選用規(guī)格鋼管，設(shè)管內(nèi)的流速，則：單管程所需管子根數(shù)n：　　　　　　　　　　　　　　　　　　設(shè)單臺換熱器的傳熱面積為，則單臺傳熱面積為：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　選取管束長l＝6m，則管程數(shù)為　　　　　　　　　　故應(yīng)選取</p><p>　　例題 　　現(xiàn)有一單程列管式換熱器，管

11、子尺寸為，管長為4.5m，共40根，擬用來將kg/h的苯從30℃加熱到70℃，殼程（管外）為120℃飽和水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)?？紤]管內(nèi)苯側(cè)污垢熱阻 ，管外側(cè)污垢熱阻及熱損失均忽略不計(jì)，試求：　　a. 總傳熱系數(shù)，并判斷該換熱器是否合用?！　. 若將苯的流量提高20%，并維持其出口溫度不變，該換熱器是否合用？若仍使用上述換熱器，則實(shí)際操作時(shí)苯的出口溫度為多少？　　c. 在操作過程中，可采取什么措施使苯流量提高20%的

12、出口溫度達(dá)到原工藝要求，并就一種措施加以定量說明。　　已知：管材的熱導(dǎo)率　　　　　操作范圍內(nèi)苯的物性參數(shù)可視為不變： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　℃）　　　　　　　解：　　a. 設(shè)管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為　　　則管內(nèi)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　由以上條件可采用以下公式計(jì)算空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　所以　　判斷合用否？　　　　又℃　　熱流