化工原理换热器设计

化工原理换热器设计

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:

ﻩ

江西科技师范大学

食品质量与安全专业《化工原理课程设计》

题目名称列管式换热器的设计

专业班级食品质量与安全一班

学号201５２410 201５2４11

学生姓名徐子涵陈素静

指导教师常军博士

2017 年05 月1０日

设计条件

冷流体为水，入口温度1t =12℃,出口温度2t =68℃,流量v q =43m³／h ； 热流体为饱和水蒸气,入口温度1T ＝110℃,出口温度2T =１00℃。

水蒸气在１05℃下的有关物性数据:密度1954.7ρ=ｋg/m³，黏度41 2.7110μ-=⨯Pa·s ，比热容4226p c =J/(ｋg·Ｋ),导热率10.684λ=W ／(m·Ｋ)。

水在40℃下的有关物性数据：密度2992.2ρ=kg ／m³，黏度42 6.510μ-=⨯Ｐa·s ，比热容4174p c =J/(k ｇ·K),导热率20.635λ=W ／（m·℃)。

换热器型式的选择—由于所选择的冷热流体温差较大,初步确定选用浮头式换热器。 定性温度

壳程水蒸气定性温度为

12110100

10522

m T T T ++=

==℃ 管程水的定性温度为

121268

4022

m t t t ++=

==℃

估算传热面积

计算热负荷（忽略热损失）

222212()43992.24174(6812)2770.165T m p v p Q q c t q c t t ρ=∆=-=⨯⨯⨯-=kW

水蒸气用量(忽略热损失)

无相变113

3

2770.1651065.64.2261010

T m p Q q c t ⨯===∆⨯⨯kg ／s 235981.9=ｋｇ/h 平均传热温差

纯逆流 '1212

(11068)(10012)

62.1911068ln ln 10012m

t t t t t ∆-∆---∆===∆--∆℃ 初算传热面积 初定总传热系数01500K =W ／(m 2·K)，

3

2770.1651029.70150062.19

T m Q S K t -⨯===∆⨯估m 2

管径和管内流速

管程安排—水蒸气比较清洁宜走壳程,普通水较易结垢，若流速太低，将会加快污

垢增长速度,使换热器的热流量下降,宜走管程。因此初步确定饱和水蒸气走壳程，水走管程。现初定管内流速0.9i u =m ／s ，传热管数30n =。

管内径4443/3600

0.01943.140.930

v q d un π⨯=

==⨯⨯m 19=mm 查无缝钢管规格表[1］确定选用25 2.5φ⨯m ｍ的传热管(碳钢),其内径为

25(2.52)20i d =-⨯=mm 0.02=m

水在输送管内的实际操作流速为

2

43

0.80.785(0.02)3600

u =

=⨯⨯ｍ／s 管程数和传热管数

单程传热管数243/3600

44(0.02)0.8

4

4

v

S i q N d u

π

π

==

=⨯⨯

单程管 传热管长度029.7093.140.02544

s S L d N π=

=≈⨯⨯估

ｍ

多管程 取传热管长3l =m 换热器管程数933P L N l ===

传热管总根数为30390n =⨯= 平均温差校正系数 21116812

0.611012

t t P T t --=

==-- 1221110100

0.26812

T T R t t --=

==-- 按单壳程，双管程,查温差校正系数ϕ图[1]得0.95t ϕ∆=

平均传热温差'

0.9562.1959.0805m t m

t t ϕ∆∆=∆=⨯=℃ 由于平均传热温差校正系数大于0.8，故取单壳程合适[1]。 传热管排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。 取管心距01.25 1.252531.25t P d ==⨯=mm 32≈ｍm

隔板中心到离其最近一排管中心距离32662222t P

Z =+=+=mm

各程相邻管的管心距为4４mm 。 采用多管程结构,取管板利用率0.75η=

壳体直径 1.05/ 1.0532135/0.75436.8t D P n η==⨯⨯=mm

圆整可取400D =mm 。

1.1 1.113514c n n ==⨯= 根

采用弓形折流板 切去的圆缺高度0.25400100h =⨯=mm 取150h =m ｍ。 取折流板间距0.3B D =(0.2D B D <<）,则0.3400120B =⨯=ｍm 取Ｂ为１50ｍm 。

折流板数目3000

-1=-1=19150

B N =

传热管长折流板间距

壳程流体进出口接管 取接管内水蒸气流速为110u =m/s

接管内径1

114443/954.70.0753.1410

v q D u π⨯=

==⨯m 圆整后取管内径８0mm 。

管程流体进出口接管：取接管内液体流速22u =m ／s

接管内径2

224443/36000.0873.142

v q D u π⨯===⨯m

圆整后取管内径90ｍm 。 传热面积校核

管程传热膜系数0.80.40.023

Re Pr i

i i

d λα=

管程流体流通截面积221350.7850.020.0212422

i i n S d π==⨯⨯=m 2 管程流体流速43/3600

0.850.014

v i i q u S =

==m/ｓ 雷诺数2

4

2

0.020.85992.2Re 260816.510

i i i d u ρμ-⨯⨯=

==⨯ 普朗特数242

2

4174 6.510Pr 4.30.635

p c μλ-⨯⨯=

==

0.80.40.65080.02326081 4.34577.10.02

i α=⨯⨯⨯=Ｗ／（ｍ2·℃)

壳程传热膜系数0.551/30.14

00'

0.36

Re Pr (

)i

e w

d λμαμ= 管子按正三角形排列,传热当量直径为：

22220'033

4(

)4(0.0320.7850.025)2420.023.140.025

t e P d d d ππ-⨯⨯⨯⨯=

==⨯m