换热器设计

换热器设计：

一：确定设计方案：

1、选择换热器的类型

两流体温度变化情况，热流体进口温度130°C，出口温度80°C；冷流体进口温度40°C，出口温度65°C。该换热器用自来水冷却柴油，油品压力0.9MP，考虑到流体温差较大以及壳程压强0.9MP，初步确定为浮头式的列管式换热器。2、流动空间及流速的确定

由于冷却水容易结垢，为便于清洗，应使水走管程，柴油走壳程。从热交换角度，柴油走壳程可以与空气进行热交换，增大传热强度。选用Φ25×2.5 mm 的10号碳钢管。

二、确定物性数据

定性温度:可取流体进口温度的平均值。

壳程柴油的定性温度为

T1=130°C，T2=80°C，t1=40°C，t2=65°C

T=(130+80)/2=105(°C)

管程水的定性温度为

t=(40+65)/2=52.5(°C)

已知壳程和管程流体的有关物性数据

柴油105°C下的有关物性数据如下:

ρ=840 kg/m3

密度

定压比热容C o=2.15 kJ/（kg·k）

导热系数λo=0.122 W/(m·k)

粘度µo=6.7×10-4N·s/m2

水52.5°C的有关物性数据如下：

ρ=988 kg/m3

密度

i

C=4.175 kJ/（kg·k）

定压比热容

i

λ=0.65 W/(m·k)

导热系数

i

粘度 µi =4.9×10-4 N·s/m 2

三、计算总传热系数

1.热流量

m 0=95000(kg/h)

Q 0= m 0C o Δt o =95000×2.15×(130-80)=10212500kJ/h=2836.8(kw) 2.平均传热温差

m t '∆=(Δt 1-Δt 2 )/ln(Δt 1/Δt 2)=[(130-65)-(80-40)]/ln[(130-65)/(80-40)]=51.5(°C)

其中Δt 1=T 1-t 2，Δt 2=T 2-t 1。 3.水用量

W c =Q 0/(C i Δt i )=10212500/[4.175×(65-40)]=97844.3kg/h=27.18kg/s 平均温差

1

221t t T T R --=

=406580

130--=2 1112t T t t P --=

=40

1304065--=0.28 选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程，查图可得t ∆ϕ=0.88。

m

t m t t '∆⋅=∆∆ϕ=0.88×51.5=45.32°C 管子规格5.225⨯φ，L=3m 。 管束排列方式：正三角形排列。

一壳程四管程三角形管束排列方式285.2175.011==n K ，。

四、传热面积初值计算

取总传热系数K=335W/(m 2.°C)

18632

.45335108.28363

=⨯⨯=∆=m t K Q F m 2

一管子面积 3102031⨯⨯⋅==-ππL d F i =0.1884m 2

管子数 9871884

.01861===

F F N t 管子中心距 o d t 25.1==1.25×25=31.25mm ，取t=32mm

管束直径 1095)175.0987(

25)(285

.21

1

101=⨯=⋅=n t b K N d D mm 中心一行管束 3432

1095r ===

t D N b 五、管侧传热系数

估计壳体壁温T w

假设冷凝给热系数为700W/m.K 平均温差：

壳程平均温度：T=(130+80)/2=105°C 管程平均温度：t=(65+40)/2=52.5°C 则800)5.52105(700)105(⨯-=⨯-w T 得：T w =45°C 平均冷凝温度752

45

105=+=

cm T °C 75°C 时柴油物性：

密度 ρo =875 kg/m 3 定压比热容 C o =2.03 kJ/（kg·k ） 导热系数 λo =0.123 W/(m·k) 粘度 µo =6.1×10-4 N·s/m 2

31050.42603360026

.12626-⨯=⨯=⋅=Γt h N L M 3

109.898713360095000-⨯=⨯

⨯kg/s.m 23343

2

r =⨯=N

K m W N g r h ./77223)10

9.8101.681.9875(123.095.0)(95.026/13/13

426/13

12o =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅Γ⋅=----μρλα%3.10%100700

700

772=⨯-，与假设值接近，不需重新假设冷凝给热系数。 六、管内给热系数

管截面积 077.04

987)1020(444

232

1=⨯⨯⨯=⋅

⋅=

-ππ

t i N d A m 2

管内流速 357.0077

.098818

.271=⨯=⋅=

A W u c ρm/s ))

/((240020/357.0)5.5202.032.1(4200/)02.032.1(420022.08.02.08.0i K m W d u t i ⋅=⨯⨯+⨯=⋅+=α七、传热核算

取水的污垢热阻为si R =3.44×10-4 m 2.K/W 柴油污垢热阻为o s R =1.72×10-4 m 2.K/W 管壁传热系数为 λ=45 W/m.K 则：

K m W R d d b d d R d d K o

so m o i o si i i o ⋅=+⨯+⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=

++⋅⋅++⋅=

-------24

3

33433'/3707721104394.3105.22451025105.220251044.31020240010251

1

1

αλα

%5.10%100335

335

370'=⨯-=-K K K ，与假定K 值相近，试差结束。 八、壳侧压力降

1、折流板计算

D S =D b +16=921+16=937mm 取D S =600mm

折流板选择为圆缺度为25%的圆缺型折流板。则圆缺高度为： H=0.25×600=150mm 取标准圆缺高度为150mm

折流板板间距为B=0.3D S =0.3×600=180mm 取折流板板间距为200mm 折流板数N B =L/B-1=3000/200-1=14 2、用Kern's 法计算压降 管子横截面积 02625.010********

25

3260s =⨯⨯⨯-=⋅⋅-=

-B D t d t A s m 2