列管式换热器的设计计算

1、2.4列管换热器设计示例某生产过程中，需将6000kg/h的油从140C冷却至40C,压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30C，出口温度为40C。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。1确定设计方案选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140C，出口温度40C冷流体(循环水)进口温度30C，出口温度40C。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走

2、管程，油品走壳程。选用025x2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/s。确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。=50(C)c140+401=壳程油的定性温度为2管程流体的定性温度为2(C)根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。油在90C下的有关物性数据如下：密度po=825kg/m3定压比热容cpo=2.22kJ/(kgC)导热系数久o=0.140W/(mC)粘度o=0.000715Pas循环冷却水在35C下的物性数据：密度pi=994kg/m3定压比热容cpi=4.08kJ/(kgC)导热系数Ai=0.626W/(mC)粘度i=0.000725Pas计算总传热系数

3、热流量Qo=Wocpo&o=6000 x2.22x(140-40)=1.32x106kJ/h=366.7(kW)平均传热温差=39(C)C140-40)-(40-30),140-40In40-30冷却水用量13200004.0Sx(40-30)=32353(kg/h)(4)总传热系数K管程传热系数尺_必耐口_=0.02x15x994=n67a0.000725碍=0.023-=0.0230.6260.0201%?0酹4.0Sxl03x0.000725y4t0.626.=2731W/(mC)壳程传热系数假设壳程的传热系数uo=290w/(mC)；污垢热阻Rsi=0.000344m2C/W,Rso=

4、0.000172m2C/W管壁的导热系数久=45W/(mC)12731x0.020+344；0.0250.0025xO.0251w+十0.000172十0.02045x0.0225290十=219.5W/(mC)计算传热面积366.7X103219.5x39=42.8(m2)32353/(994x3600)0.735;0.022;0.5按单程管计算，所需的传热管长度为兀%49.23.14x0.025:5S10.3(m)考虑15%的面积裕度，S=1.15xS=1.15x42.8=49)竺址+仙涉+丄2721x0.0200.02045x0.0225476=310.2W/(mC)传热面积S疋氐310

5、.2x32III:(m2)该换热器的实际传热面积Sp=7=3.14x0.025x(6-0.06)x(116-13)=43.0尸(m2)该换热器的面积裕度为R=xlOO%=4S36100%=30.1%36.9传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。(2)换热器内流体的流动阻力管程流动阻力APi=(AP1+AP2)FtNsNpNs=1,Np=2,Ft=1.5由Re=13628,传热管相对粗糙度0.01/20=0.005,查莫狄图得石=0.037W/mC,流速uz=0.497m/s,p=994kg/m3，所以6994x0497jA/?=0.037xx:=1362.7()10.022z严G?994x0.49护、吐马-Q-3x363.3()=(1362.7+368.3)xl.5x2=5193(Pa)10()管程流动阻力在允许范围之内。壳程阻力YAPo=(AP，1+AP，2)FtNsNs=l,Ft=l流体流经管束的阻力Z上必叽叫+1)序=CI.5扎=5k3161_022S=0.7962罠=叽=39,%=0.137呂7mg137女AZJf=0.5x0.7962x!3x(3?+l)y=1202(?a)流体流过折流板缺口的阻力迢=3.5_迺座D)2B=A5m),D=M5(m)w_心、2x0.15.825x0.1372扛E=29x(3.5)