换热器热力计算

设计说明书一、热力计算1、 原始数据：甲醇进口温度t「=64.4°C甲醇出口温度t「二38C甲醇工作压力P=0.04MPa1甲醇流量G=1.3X1.986X103kg/h1冷却水进口温度t;=32C冷却水出口温度t”=42C2冷却水工作压力P2=0.36MPa2、 定性温度及物性参数水的定性温度t2=(t「+t2”)/2=(32+42)=37C水的密度查物性表得P2=993.25kg/m3水的比热查物性表得Cp2=4.174KJ/kg.C水的导热系数查物性表得入2=0.629W/m.C水的粘度u2=697.76X10-6Pa.s水的普朗特数查物性表得Pr2=4.64甲醇的定性温度，甲醇在0.04MP下的沸点温度tj64.34C冷凝段t1=(t「+tx)/2=(64.4+64.34)/2=64.4C冷却段t1=(t「+t「/2=(64.34+38)/2=51.2C甲醇在冷凝段温度下的物性常数：密度P]=2.31kg/m3比热C「1.42KJ/kg.°C导热系数入1=0.0169W/m.C粘度七二10.5X10-6Pa.s普朗特数Pr1=0.88甲醇在冷却段温度下的物性常数：密度P1c=777.87kg/m3比热Cp1c=2.75KJ/kg.C导热系数入1c=0.1600W/m.C粘度七二0.3351Pa.s普朗特数Pr广5.763、传热量与水热流量取定换热器热效率为^=0.98冷凝段传热量：Q1=G].Y.n/3600=1.3X1.986X103X825.6X0.98/3600=580.25094KW=580250.94W冷却段传热量：Q1c=G1-七。-(t3-t」)・n/3600=1.3X1.986X103X2.75X(64.34-38)X0.98/3600=50.90900KW总传热量Qo=Q1+Q1C=580250.94+50909.00=631159.94KW冷却水的流量：TOC\o"1-5"\h\z八Q 631159.94 …〃G2=c.Q_广)=4.174X(42-32)二54436.4Kg/hP2 2 2设定冷凝段和冷却段分界处水的温度为t3G2= 01c =54436.4Kg/hCP2"2 '3)解得t3=41.2T4、有效平均温差冷凝段温差：=(t'-1=(t'-1")-(t■-1)At —1 2 1 3—N1(t'-t")ln 2-(t1-13)=(64.4-42)-(64.4-32)二如况ln64.4-4264.4-32对于冷凝，冷凝温度基本一定，故温差校正系数为1,所以有效平均温差Atm=27.1°C冷却段温差：AtNc_(t'AtNc_(t'-1)-(t、’一t')_(64.4-41.2)-(38-32)_19”— 3 1 J= =12.7Cln(t1-t3)(t”一t‘)ln64.4-41.238-3212换热器按单壳程2管程设计。由于热流体出口温度t「二38C小于冷流体出口温度t2”=42C,出现了温度交叉现象，为避免出现温度交叉现象，最佳设计的温度交叉点应正好在第二管程的终端，所以有P=L1+RR=七-t”1=64.4-38=2.64t2-'2 42-32P=L=—1—=0.2751+R1+2.64查得温差校正系数中=0.82所以有效平均温差z=中.攵=0.82X12.7=10.4^5、结构初步设计参考表2-7，初选冷凝段的传热系数k=850W/m.°c初选冷却段的传热系数K°「250W/m.c初选传热面积：冷凝段的传热面积：F=一^1一=580250.94=25.19m2oKZ 850x27.1Om冷却段的传热面积：F=一^c一=50909.00=16.03m2OCKCz250x12.7选用中25x2.5无缝钢管作换热管管子外径d=25mm0管子内径d=20mmi管子长度取l=3m管子总数：N=Fo+Fc=苴也些=175.03t兀•d-1 3.14x0.025x3o取184根管间距S=1.25d=1.25X0.025=0.032m0管束中心排管数：Nc=1.1jR=1.1抵荫=14.92 取15根壳体内径：Di=S(NT)+4d「0.032X(15T)+4X0.025=0.548m取D=0.6mi长径比：l/D=3/0.6=5合理i弓形折流板弓高：h=0.25D=0.25X0.6=0.15mi折流板间距：B=D/3=0.6/3=0.200mi折流板数量：nb=l/B-1=3/0.200-1=14块取13块6、管程换热系数计算管程流通截面积:a=N•-•0.022=184x-x0.022=0.0289m22 24 2 4管程流速：w= G2 = 54436.4 =0.5268m/s2p2-a2x3600993.25x0.0289x3600管程雷诺数：Re=P2.七•d=993©xO.5268xO.02=14997.82 日2 697.76x10-6管程质量流量：吧=P2•①2=993.25x0.5268=523.24Kg/s管程传热系数：冷凝段的定性温度：12=(12+t3)/2=(41.2+32)/2=36.6°C冷却段的定性温度：12=(12+t3)/2=(41.2+42)/2=41.6C冷凝段传热系数：a=3605(1+0.015tP顼2 (100•d)0.2二3605(1+0.015x36.6)x0.52680.8

(100x0.02)0.2=2907.9冷却段传热系数：a =3605(1+0.0152t°「w，0.8& (100x0.02)0.2二3605(1+0.015x41.6)x0.52680.8

(100x0.02)0.27、壳程换热系数计算壳程流通面积：fi=BD/(1-do/S)=0.20^：0.fo<(1-0.025/0.032)=0.0263m壳体当量直径：d=D2i—N「d。2=0.62—184x0.0252=0.05331eN-d 184x0.025壳程流速冷凝段：①- Gi -1.3xL986x103=11.80m/s1p「f1-36002.13x0.0263x3600冷却段：①—G1 _ 1.3x1.986x103 =0.035m/s1cp1c-f1-3600 777.87x0.0263x3600凝段管外壁温度假定值：t1=58°C膜温：t=广1+'_64.4+58=61.2Cm2 2膜温下的物性参数查表得:入m=0.1607W/mCp=765.41kg/m3u=0.3166X10-3Pau冷凝负荷：r=G/n=—1.3x1.986x103—=0.0497kg/(m，s)3.14x3600x0.025x184冷凝段雷诺数：R_空_4x0.0497=627.9e1u 0.3166x10-3m冷却段雷诺数：R_P1c气d_I77"0.035xO.°533=4330e1c u 0.3351x10-31c冷却段管外壁温假定值：\c=42C

壁温下甲醇粘度：'=0.3519x10-3Pa-s粘度修正系数：①=(土)0.14=(0.3351x10-3)0.14=0.9931日 0.3519x10-3w1切去弓形面积所占比例按h/D=0.2查得为0.145i壳程传热因子查图图2-12得人二75冷凝段壳程换热系数:冷凝负荷：「=G=G1•Nt313X冷凝负荷：「=G=G1•Nt323x1843a=0.945.(:'P：•g)31 旦m•G'B=0945x(0.16073x765.412x12.7x107)1.x 0.3166x10-3x26.60 3=31394冷却段壳程换热系数:a=—1^•p1/3•①•j二°」、x5.763x0.993x75=400.7icdr1。0.05338、总传热系数计算甲醇侧污垢热阻：'=0.0001762m2•°C/W水侧污垢热阻：r2=0.000344m2•c/W总传热系数冷凝段:- 1K= j1d1da+r1+r2~dt+ad1 i2i0.025 1 0.025 +0.0001762+0.000344x + x 31394 0.022907.90.02=936冷却段：TOC\o"1-5"\h\z- 1K : jc1 d 1d"+尸1+尸2片+「d1c i 2ci= 1 1c 0.025 1 0.025 +0.0001762+0.000344x + x 400.7 0.02 3048.70.02=284.8传热系数比值：K/K=936/850=1.10合理K/K=284.8/250=1.14合理9、管壁温度计算假设冷凝段传热长度l=1.8m1假设冷却段传热长度l=1.2m1c冷凝段管外壁热流密度：q二 = 580250.94=22318W/m2.C1N•兀-d0-11 184x3.14x0.025x1.8管外壁温度：=t-q(_!+r)=64.4-22318X( 1+0.0001762)W1m1a1 1 31394=59.7C误差校核：t-1,=58-59.7=-1.7°C 误差不大w1w1冷却段管外壁热流密度：q= 土 = 50909.00 =2937.1W/m2.1cN•兀-d0-11184X3.14X0.025x1.2管外壁温度：12=t-q （上+r）=51.2-2937.1X（^+0.0001762）W1 11ca1 400.71c=43.4°C误差校核：i-12=42-43.4=-1.4C 误差不大w1cw110、管程压降计算管内壁温度：t=t+q4（上+r）=37+2937.1X0025（ 1 +0.000344）w221cda2 2 0.02 3048.7=39.5C壁温下水的粘度：u2=659X10一6Pa.S粘度修正系数：4=（虬）0.14二（697.76x10~6）0.14=1.0082u2 659X10-6查得管程摩擦系数：七二0.042管程数：气=管内沿程压降：询=（哇）（工）（4）i2pd。=523.242.3X2.00竺=1722.75Pa2x993.250.021.008回弯压降： kp「M.4-n=a"乂彳乂2=1102.60Pa2取进口管处质量流速：W22=1600kg/m2.s进出口管处压降：AP=%X1.5二16002X1.5=1933.05Pa2p2 .管程结垢校正系数：七2=1.4管程压降：AP=(AP+AP川+AP2 ibd2N2=(1722.75+1102.60)X1.4+1933.05=5888.54Pa11、壳程压降计算壳程当量直径：d=*七d=0.62T84x0.0252=0.0471meD+N-d 0.6+184x0.025雷诺数：人,=匕1£=777.87x0.035x0.0471=3826.7el R 0.3351x10-31c查得壳程摩擦系数：&1=0.8管束压降：AP0=(777.87x0.035)20.6x(13+1) 0.8=6846Pa2x777.87x0.0471'0.993 *取进出口质量流速：Wn1=1000k