换热器设计计算范例

1、列管式换热器的设计和选用的计算步骤设有流量为mh的热流体，需从温度 T1冷却至T2,可用的冷却介质入口温度 ti,出口温度选定为t2。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。根据传热速率基本方程：&_111 嗣当Q和；已知时，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、热流体的流量与进、出口温度皆已知的条件下，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与平均传热温差At m,根据经验估计总传热系数 K估，初估传热面

2、积 A 估。选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度与排列。计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以与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、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K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与平均温度差At m由总传热速率方程计算传热面积

3、Ao,一般应使所选用或设计的实际传热面积AP大于A020%左右为宜。即裕度为 20%左右，裕度的计算式为：某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95C预热至128C，原料液与釜液均为乙醇，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组成（含乙醇量）温度c操作压力kg/hmol%进口出口MPa釜液3.31450.9原料液7951280.53试设计选择适宜的列管换热器解：(1) 传热量Q与釜液出口温度 二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 平均温度-_二-c分别查得乙醇、水的物性为：粘度U(cp

4、)热导率入(W/mc )密度p(kg/m 3)比热容Cp(kJ/kg C)博 水0.290.260.2620.1490.6850.539700949.4879.93.1824.237混合物4.067以上表中混合物的各物性分别由下式求得：混合物=：H 八疋一 Cp混合物热导率 I：- 二W/(m C)混合物密度 L :丄 一：+1pA = (3.5-)x匚 2x0 3j0 8897.&x0.605ax= 8134.2Fa = 0.00813/lFa壳程总压力降:迅二（城+站理皿壳程压力降结垢校正系数壳程数”:=115幌=(16805+81342)x1.15x2= 57360= 0.057321b

5、.总传热系数K管程传热膜系数匕管内雷诺数Rj 二 35510。= 丹就入、4.135X103 x0 224x1“= 1.6 0.6普兰特数0 578管长与管内径比.|，| ：1 ”式中 釜液平均热容C）；釜液平均导热系数C）；$ = 0.023x-ReJl3PiiC3= 0.023- 355xl.6030.02-J *.：:管外传热膜系数管外雷诺数Ree =41468普兰特数Pr。= u po A)=1 ysi0.53?式中 l原料液平均热容-C)；jJ 原料液平均粘度-;原料液平均导热系数卜* C)% = 0.36 x ?-Re JJ3 Tr1/3 污垢与管壁热阻管壁内外侧污垢热阻均为r 1

6、l- C/W钢管壁热导率“ v C)b 2 12 w 严 2二5.56x10 W管壁热阻-1C )刈 总传热系数11 r(| 冲 d 1 冰 1253343X 20二十駅血十一一十氏适二十-12峙？气=+ 2.6x10+5.56x10 x+ 2.6xlOu -4219.822.520=1 26X10-3C)心二 749琢式中厂一管外污垢c/W ；-管内污垢川c/W；b 管壁厚m ;、管壁平均直径 m ;传热面积-所选换热器实际传热面积出：Ap = 2x227 = 45换热器传热面裕度：A?45由校核可知，各项性能符合要求，换热能力可满足生产需求，所选换热器可以采用。例题现有一单程列管式换热器，

7、管子尺寸为二，管长为4.5m，共40根，拟用来将：kg/h的苯从30 C加热到70 C，壳程（管外）为120 C饱和水蒸气冷凝水蒸气冷凝的表面传热系数P 刁。考虑管内苯侧污垢热阻 ，管外侧污垢热阻与热损失均忽略不计，试求:a. 总传热系数，并判断该换热器是否合用。b. 若将苯的流量提高 20%，并维持其出口温度不变，该换热器是否 合用？若仍使用上述换热器，则实际操作时苯的出口温度为多少？c. 在操作过程中，可采取什么措施使苯流量提高20%的出口温度达到原工艺要求，并就一种措施加以定量说明。已知：管材的热导率丄 m =操作范围内苯的物性参数可视为不变：p - 900A-gf 肺p = 0 47x

8、l0-3 Pa s:1T C)乂二 0 14JT7OK)解:a.设管内的表面传热系数为：1.7x10则管内x3SOax-x0.02ax4040.47幻尸= 15995 1040 14由以上条件可采用以下公式计算空气表面传热系数= 0.023 Re18 Pr040 14=0 023 x x(l 5999严 所以该换热器合用b.若将苯的流量提高20%，则管内表面传热系数将增大，设为*/ I竺=生=1 208 = 1 157=1.157x723836,517/(1 _ 1 血给T 十%人 Mt &K此时总传热系数为”，则K1 忒心_836 5 2010= 2.6?73xl0-s1251些兰竺亠靱色4522.520570/7 莊心/ K)热流量此时所须的换热面积为A合用和a4.03x102”j4c = 15.7 A.把企 370.7x70p所以若将苯的流量提高 20%，并维持其出口温度不变，则该换热器不若仍使用上述换热器，设实际操作时苯的出口温度为5707x14 13x(120-30)-(120-；.12x1 7 xlO1=3500xl.gxio3 x(ra-30)整理得解得kc即苯流增加20%，仍用上述换热器时苯的出口温度为66.1 cc. 在操作过程中，可采取提