板式换热器工艺计算

4.3.9 换热器设计举例

对一段预热器进行换热器设计。甲苯废气经过换热器加热后进入二段预热器，此热量交换介质为水蒸气，冷物流走管程，热物流出料走壳程，逆流传热。

（1）计算热负荷

根据物料衡算得出进入甲苯废气流量为719842.816kg/h ，混合比热容为1.021KJ/kg/℃，计算公式如下

)(W Q 21T T C ph h -=

带入数据得

719842.816 1.021(13040)66146356.36 /Q KJ h =⨯⨯-=

（2）计算两流体的平均温差

℃99.73ln 1

21

2=∆∆∆-∆=

∆t t t t t m 而5625.04020040130t 1112=--=--=

t T t P ，667.040

130140

2001221=--=--=t t T T R

经查表查得：

95.0=∆t ϕ，所以℃29.7099.7395.0=⨯=∆=∆∆m t m t T ϕ

初选换热器规格。根据两流体情况，假设）（ ℃./W 1200K 2m =

2Q 66146356.361000

S 217.84K 120070.293600

m m T ⨯=

==∆⨯⨯

20S 1.2261.4S m =⨯=

4.3.10初选换热器规格 （1）管径与流速 选取管热管规格：

表4.5 换热管规格一览表

材料 钢管标准 外径×厚度（mm×mm ）

外径偏差/mm

壁厚偏差 碳钢

GB8163

25×2.5

±0.20

+12%，-10%

取管内流速为u=2m/s

（2）管程数和传热管数 以单管程传热管数计算：

u

d q n i v

24

π=

式中：qv ——管程体积流量，由物料衡算计算结果知719842.816kg/h,换算为562.93m3/h;

n ——单程传热管数目； di ——传热管内径，mm ； u ——管内流体流速，m/s 。 带入已知数据计算得：

根24999.2482

02.0785.03600

/93.5622

≈=⨯⨯=

n 传热管所需长度计算：

s

n d S

L 0π=

式中：L ——按单程管计算得传热管长度; S ——传热面积； d 0——传热管外径，mm ； 带入数据得：

m L 14.11249

025.014.3217.83

=⨯⨯=

由计算结果知，单程的传热管过长，则需采用多管程，管程数计算如下：

l

L N p =

式中：l ——取单程管长度，本设计取6000mm;

Np ——管程数；

带入计算得：

管程286.16

11.14

≈==

p N 传热管总数：根4982249=⨯=T N （3）换热器的壳体直径 计算公式

δ

T

N t

D 05.1=

式中：t ——管心距，t=1.25d 0=32mm ；

δ——空间利用率，一般在0.6~0.9，本设计器取0.9。 带入数据求得：D=790mm ，圆整后取800mm 。

（4）换热器实际传热面积

20056.3424986025.014.3m lN d S T =⨯⨯⨯==π

初选管板式换热器规格如下：

表4.5 板式换热器规格

4.3.11折流板数

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为

mm 20080025.0=⨯=h

取mm 200=h 。

取折流板间距为D B 3.0=，则mm 2408003.0=⨯=B 。

折流板数241240

60001B L =-=-=

B N （块） 折流板圆缺水平面安装。 4.3.12计算总传热系数

若采用该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为

)./(99.11393600

99.738.2171000

66614635.632℃m W t S Q K m =⨯⨯⨯=∆=

（1）管程对流传热系数

流通面积：22078.04

m d N

N A P T

=⎪⎭⎫ ⎝

⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=π 管程流体流速：

s m A q u i c i /01.2078

.027.1199.0=⨯==

ρ 雷诺数：

100003379181.50000151

.01270

2.010.02Re >=⨯⨯=

⋅⋅=

i

i

i i i u d μρ，湍流

普兰特准数：

=

=

i

i

i λμpi C Pr 208.0074

.01051.110021.15

3=⨯⨯⨯- 管程对流体传热系数：

)./(3.7594208.03379181.502

.0074

.0023.0Pr Re 023

.024.08

.04.08.0℃m W d i

i

i =⨯⨯⨯

==λα

（2）壳程对流传热系数

mm D h 20025.0==，折流板间距mm D B 2403.0==，

管心距mm d t 3225.1==

(

)()0

2

24234d d t d e ππ⨯-⨯=

()()m d e 210.0025.014.3025.04025.023422=⨯⨯-⨯=π

则