换热器计算步骤

换热器计算步骤

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第2章工艺计算

设计原始数据

表2—1

管壳式换热器传热设计基本步骤

（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能

（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。

（3）确定流体进入的空间

（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据

（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核

（6）选取管径和管内流速

（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的~倍

l

（9）选取管长

N

（10）计算管数

T

（11）校核管内流速，确定管程数

D和壳程挡板形式及数量等

（12）画出排管图，确定壳径

i

（13）校核壳程对流传热系数

（14）校核平均温度差

（15）校核传热面积

（16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。

确定物性数据

定性温度

由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。

对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为：

t=420295

357.5

2

+

=℃（2-1）

管程流体的定性温度：

T=310330

320

2

+

=℃

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

物性参数

管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表】

表2—2

壳程蒸气在下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】

表2—3

估算传热面积 热流量

根据公式（2-1）计算：

p Q Wc t =∆ 【化原 4-31a 】 （2-2）

将已知数据代入 （2-1）得：

111

p Q WC t =∆=60000××310 (330-310)/3600=

式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；

1p C ——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.

K ；

1t ∆——工艺流体的温差，℃；

Q ——热流量，W 。

平均传热温差

根据 化工原理 4-45 公式（2-2）计算：

12

12

ln m t t t t t ∆-∆∆=

∆∆ （2-3） 按逆流计算将已知数据代入 （2-3）得：

()()()()

121242033031029541.86420330ln ln 310295m t t t t t ---∆-∆∆=

==∆-∆-℃

式中： m t ∆——逆流的对数平均温差，℃；

1t ∆——热流体进出口温差，℃； 2t ∆——冷流体进出口温差，℃；

图2-1 列管式换热器内流型

传热面积

根据所给条件选定一个较为适宜的K 值，假设K =400 W/则估算传热面积为:

m

t K Q

S ∆=

（化工原理 式4-43） （2-4） 将已知数据代入 （2-3）得： 2m 39.10986

.4140067

.1831666t =⨯∆=m K Q S

式中：S ——估算的传热面积，2m ；

K ——假设传热系数，W/m 2.℃；

m t ∆——平均传热温差，℃。 考虑的面积裕度，则所需传热面积为:

28.12515.188.11215.1'm S S =⨯=⨯= （2-5）

热流体用量

根据公式（2-4）计算：由化工原理热平衡公式

p Q

W c t

=

∆

将已知数据代入 （2-4）得： kg/h 68

.17392)

295420(033.367

.1831666222=-⨯=∆=t C Q W p （2-

6）

式中Q ——热流量，W ；

2p c ——定压比热容，kJ/㎏.

℃；

2t ∆——热流体的温差，℃；

2W ——热流体的质量流量，kg /h 。

工艺尺寸 管数和管长

1.管径和管内流速

根据红书 表3-2 换热管规格

根据 红书 表3-4 取管内流速s m i /1u = ⒉管程数和传热管数 依红书3-9式 u

n d

q

v 2

4π

=

，可根据传热管内径和流速确定单管程传热管数

758.74102.04

7.70967

.164n 22

≈=⨯⨯=

=

π

π

u d q

i

i v s （根） (2-7)

式中

q v

——管程体积流量，s

3

m

；