热交换器的设计和选型
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Q=W1Cp(T1-T2)=10050×4.24 ×(140-90) ×103/3600 =5.92 ×105W
2 平均推动力计算：
设原料F2终温为87 ℃ tm=(87+30)/2=58.5 ℃ 在tm温度下 甲醛Cp1=0.783KJ/kg. ℃, 水Cp2=4.18kJ/kg. ℃ Cpm=Cp1.x1+Cp2.x2=0.08 ×0.783+4.18 ×0.92
3初选换热器
设K=700W/m2.K A=Q/K tm=5.92 ×105/(700 ×46.8)=18.1m2 初选G-400-20-25-4型换热器，管长3m，管径 25 ×2 ，管子数N=86，折流板间距150， 管层数Np=4
4校核传热系数
（1）原料流量较小走管层，核算管层给热系数 tm=(86.5+30)/2=58℃ F2的平均物性 Cp=3.91kJ/kg. ℃ =0.428cp
6.确定设计方案的原则
1）满足工艺和操作要求。 2）保证生产安全。 3）考虑综合利用。 4）满足经济上的要求。
7管壳式换热器设计考虑的因素
（1）满足换热基本要求 （2）终端温差 （3）流速 （4）压降 （5）传热总系数 （6）污垢系数 （7）结构标准
8.工艺设计计算过程
（1） （2）
（3） （4） （5）
浮头式 35—150 △
板式
250— 1500
△
螺旋板 100
○
板翅式 250—
△
4370
套管
20
○
沉浸盘
管
15
○
喷淋式 16
△
传热面 的调整
X X X ○ X X ○ X ○
热补偿
X ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ○
清洗方 便
△ △ ○ ○
X X △ △ ○
维修方 便
X X ○ ○ X X ○ ○ ○
例 某精馏塔浓缩甲醛水溶液，操作压力0.4MPa（绝），第一股进料 F1=10500kg/h，甲醛浓度为28%，第二股进料F2=9500kg/h，甲醛浓度为 8.0wt%，塔顶流出液浓度为37wt%，釜液浓度为0.2wt%，釜液采出量W1为 10050kg/h，温度为140℃，为了回收釜液的热量，用釜液预热温度为30 ℃ ， 浓度为8%的原料液。试选用一适当型号的换热器。
（6） （7） （8）
热负荷 Q 的计算。 热平衡计算，求 G ，确定冷却剂或加热剂 的量。 确定 Tm ，（先设为单程） 假设传热系数 K ，求传热面积 A 。 选型（查手册）或设计，确定管径、管数、 管长、壳径、排管、折流板、板间距等和其 他结构。 核算 K ， A 。 流体力学计算 P 。 经济评价
用脆性 材料
X △ △ X △ X ○ ○ ○
2.换热器选型应考虑的因素
（1）加热或冷却介质物性。 （2）工艺所需温差、操作温度、压力。 （3）价格。 （4）要求达到交换的热负荷量。 （5）对清洗、维修的要求 （6）设备结构材料、尺寸和空间的限制。
3.流体流动通道的选择
（1）不洁净和易结垢的流体宜走管程。 （2）有腐蚀性的流体应走管程。 （3）压强高的流体应走管程。 （4）饱和蒸汽宜做壳程。 （5）被冷却的流体易走壳程。 （6）流量小粘度大的流体一般走壳程为宜。
当
1 2
<
t1 t2
<2
时，可用算术平Hale Waihona Puke Baidu值
t m
t1
t2 2
5. 传热系数 K
1 K
1
1
1
2
r1
r2
三.管壳式换热器的设计和选择
列管式换热器简介
（1）固定管板式 （2）浮头式 （3）填料函式 （4）U形管式
固定管 板式
传热面 m2/m3
40—164
结构可 靠性
○
U型管式 30—130 ○
F1=10500kg/h X1=28%
T2
t1=30℃
F2=9500kg/h X2=8% t2
W1=10050kg/ h T1=140℃
解
1热负荷计算
设釜液终温T2=90℃，釜夜含甲醛0.2%，因此物性可用水代之。 Tm=(T1+T2)/2=(90+140)/2=115℃
在平均温度Tm下水的比热 Cp=4.24kJ/kg. ℃
热交换器的设计和选型
一. 简介
1. 分类： 间壁式换热器
（管壳式、紧凑式）
混合式换热器 蓄热式换热器
2.类 型
管壳式： 套管式换热器 蛇管式（盘管式）换热器：沉浸式、喷淋式 列管式：固定管板（刚性结构、带膨胀节）、浮头式
填料函、釜式、 U型管式
紧凑式： 螺旋板式换热器 板式换热器
板翅式 伞板式
二. 传热过程的基本方程式
=3.91kJ/kg. ℃
t2=t1+W1.Cp1(T1-T2)/(F2.Cpm) =30+10050×4.18 ×(140-90)/(9500 × 3.91) = 86.5℃
与假设基本符合，t2=86.5 ℃ 逆流平均推动力 tm=〔(140-86.5)+(90-30)〕/2=56.8 ℃ R=(T1-T2)/(t2-t1)=(140-90)/(86.5-30)=0.88 P=(t2-t1)/(T1-t1)=(86.5-30)/(140-30)=0.51 温差修正系数=0.825 tm=0.825 ×56.8=46.8 ℃
1. 热负荷方程：
Q WCp (T2 T1 )
（无相变化）
Q WCp (T2 T1 ) WH （有相变化）
2.传热基本方程式：
在稳态下传热系数（K）随温度变化不大时
Q KAtm
3.传热面积：
A Q Ktm
4.有效平均温差：
tm
t1 t2 ln t1 t2
式中 t1, t2 —分别为换热器两端热、冷流体温差。
=2.244kJ/(m.h. ℃) 管层流动面积A=/4d2N/Np=0.785×0.0212 × 86/4=0.00744m2 Re=dG/ =0.021 ×9500 ×103/(0.00744 ×0.428 ×3600)=1.74 ×104 Pr=Cp. / =3.6 ×3.91 ×0.428/2.244=2.68 i=0.023 /d.Re0.8Pr0.4=2622W/(m2. ℃)
4.流速的选择
管壳式换热器内常用流速范围
流体种类
流速
一般流体
管程 工艺物料 0.5 ~3 水 1.5 ~2.5
易结垢液体 气体
>1 5 ~30
m/s 壳程
0.2 ~1.5
>0.5 3 ~15
5.加热剂和冷却剂的选用
（1）常用的加热剂：
饱和水蒸气 烟道气
（2）常用的冷却剂： 水 空气（冷风） 冷冻剂
2 平均推动力计算：
设原料F2终温为87 ℃ tm=(87+30)/2=58.5 ℃ 在tm温度下 甲醛Cp1=0.783KJ/kg. ℃, 水Cp2=4.18kJ/kg. ℃ Cpm=Cp1.x1+Cp2.x2=0.08 ×0.783+4.18 ×0.92
3初选换热器
设K=700W/m2.K A=Q/K tm=5.92 ×105/(700 ×46.8)=18.1m2 初选G-400-20-25-4型换热器，管长3m，管径 25 ×2 ，管子数N=86，折流板间距150， 管层数Np=4
4校核传热系数
（1）原料流量较小走管层，核算管层给热系数 tm=(86.5+30)/2=58℃ F2的平均物性 Cp=3.91kJ/kg. ℃ =0.428cp
6.确定设计方案的原则
1）满足工艺和操作要求。 2）保证生产安全。 3）考虑综合利用。 4）满足经济上的要求。
7管壳式换热器设计考虑的因素
（1）满足换热基本要求 （2）终端温差 （3）流速 （4）压降 （5）传热总系数 （6）污垢系数 （7）结构标准
8.工艺设计计算过程
（1） （2）
（3） （4） （5）
浮头式 35—150 △
板式
250— 1500
△
螺旋板 100
○
板翅式 250—
△
4370
套管
20
○
沉浸盘
管
15
○
喷淋式 16
△
传热面 的调整
X X X ○ X X ○ X ○
热补偿
X ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ○
清洗方 便
△ △ ○ ○
X X △ △ ○
维修方 便
X X ○ ○ X X ○ ○ ○
例 某精馏塔浓缩甲醛水溶液，操作压力0.4MPa（绝），第一股进料 F1=10500kg/h，甲醛浓度为28%，第二股进料F2=9500kg/h，甲醛浓度为 8.0wt%，塔顶流出液浓度为37wt%，釜液浓度为0.2wt%，釜液采出量W1为 10050kg/h，温度为140℃，为了回收釜液的热量，用釜液预热温度为30 ℃ ， 浓度为8%的原料液。试选用一适当型号的换热器。
（6） （7） （8）
热负荷 Q 的计算。 热平衡计算，求 G ，确定冷却剂或加热剂 的量。 确定 Tm ，（先设为单程） 假设传热系数 K ，求传热面积 A 。 选型（查手册）或设计，确定管径、管数、 管长、壳径、排管、折流板、板间距等和其 他结构。 核算 K ， A 。 流体力学计算 P 。 经济评价
用脆性 材料
X △ △ X △ X ○ ○ ○
2.换热器选型应考虑的因素
（1）加热或冷却介质物性。 （2）工艺所需温差、操作温度、压力。 （3）价格。 （4）要求达到交换的热负荷量。 （5）对清洗、维修的要求 （6）设备结构材料、尺寸和空间的限制。
3.流体流动通道的选择
（1）不洁净和易结垢的流体宜走管程。 （2）有腐蚀性的流体应走管程。 （3）压强高的流体应走管程。 （4）饱和蒸汽宜做壳程。 （5）被冷却的流体易走壳程。 （6）流量小粘度大的流体一般走壳程为宜。
当
1 2
<
t1 t2
<2
时，可用算术平Hale Waihona Puke Baidu值
t m
t1
t2 2
5. 传热系数 K
1 K
1
1
1
2
r1
r2
三.管壳式换热器的设计和选择
列管式换热器简介
（1）固定管板式 （2）浮头式 （3）填料函式 （4）U形管式
固定管 板式
传热面 m2/m3
40—164
结构可 靠性
○
U型管式 30—130 ○
F1=10500kg/h X1=28%
T2
t1=30℃
F2=9500kg/h X2=8% t2
W1=10050kg/ h T1=140℃
解
1热负荷计算
设釜液终温T2=90℃，釜夜含甲醛0.2%，因此物性可用水代之。 Tm=(T1+T2)/2=(90+140)/2=115℃
在平均温度Tm下水的比热 Cp=4.24kJ/kg. ℃
热交换器的设计和选型
一. 简介
1. 分类： 间壁式换热器
（管壳式、紧凑式）
混合式换热器 蓄热式换热器
2.类 型
管壳式： 套管式换热器 蛇管式（盘管式）换热器：沉浸式、喷淋式 列管式：固定管板（刚性结构、带膨胀节）、浮头式
填料函、釜式、 U型管式
紧凑式： 螺旋板式换热器 板式换热器
板翅式 伞板式
二. 传热过程的基本方程式
=3.91kJ/kg. ℃
t2=t1+W1.Cp1(T1-T2)/(F2.Cpm) =30+10050×4.18 ×(140-90)/(9500 × 3.91) = 86.5℃
与假设基本符合，t2=86.5 ℃ 逆流平均推动力 tm=〔(140-86.5)+(90-30)〕/2=56.8 ℃ R=(T1-T2)/(t2-t1)=(140-90)/(86.5-30)=0.88 P=(t2-t1)/(T1-t1)=(86.5-30)/(140-30)=0.51 温差修正系数=0.825 tm=0.825 ×56.8=46.8 ℃
1. 热负荷方程：
Q WCp (T2 T1 )
（无相变化）
Q WCp (T2 T1 ) WH （有相变化）
2.传热基本方程式：
在稳态下传热系数（K）随温度变化不大时
Q KAtm
3.传热面积：
A Q Ktm
4.有效平均温差：
tm
t1 t2 ln t1 t2
式中 t1, t2 —分别为换热器两端热、冷流体温差。
=2.244kJ/(m.h. ℃) 管层流动面积A=/4d2N/Np=0.785×0.0212 × 86/4=0.00744m2 Re=dG/ =0.021 ×9500 ×103/(0.00744 ×0.428 ×3600)=1.74 ×104 Pr=Cp. / =3.6 ×3.91 ×0.428/2.244=2.68 i=0.023 /d.Re0.8Pr0.4=2622W/(m2. ℃)
4.流速的选择
管壳式换热器内常用流速范围
流体种类
流速
一般流体
管程 工艺物料 0.5 ~3 水 1.5 ~2.5
易结垢液体 气体
>1 5 ~30
m/s 壳程
0.2 ~1.5
>0.5 3 ~15
5.加热剂和冷却剂的选用
（1）常用的加热剂：
饱和水蒸气 烟道气
（2）常用的冷却剂： 水 空气（冷风） 冷冻剂