管壳式换热器设计书

管壳式换热器设计书

一、 工艺设计

1、选择合适的换热器 1.1 确定物性参数

有机液的定性温度： 502

30

70=+=m T ℃ 水的定性温度： 5.322

40

25=+=m t ℃

1.2 计算热负荷Q 和水h m 由热量衡算

KW

kg kj h kg T T c m p h 667.7533600

30-70)/(261.2/30000)(Q 211=⨯⋅⨯=-=℃）

℃（℃［2］

s kg t t c m p h /037.12)

2540(174.4667

.753)(Q 122=-⨯=-=

水

1.3 计算温差m t ∆和估计传热系数估K

逆流时，C t ︒=-=∆3040701 C t ︒=-=∆525302

C t t t t t m ︒=-=∆∆∆-∆=

∆953.135

30ln 5

30ln 2121逆 而 33.025

7025

401112=--=--=

t T t t P

67.225

4030

701221=--=--=

t t T T R

由《化工原理》上册153P 页查图5－19(a)可得:82.0=ϕ ,管程数 Np=6

所以C

t t m m ο

44.11953.1382.0=⨯=∆=∆，

ϕ

又因为0.82>8.0，故可选用单壳程的列管换热器。

根据管程走有机液，壳程走水，且逆流，总传热系数K 的围是

290～870W/(2

m ·oC ）

［4］

现暂取：

C W/m 5002︒⋅=K

1.4 估算换热面积

2

23m m 76.13144.11/50010667.753t K Q A =⨯⋅⨯=∆=℃

℃逆估m W ［5]化原P154（5-23）

1.5 试算和初选换热器的规格

又因为有机液走管程且初选mm .219⨯Φ，所以设 s

m u i /55.0=［6]

由 i i i

n d u V 24

π

= V=Ms/p=31.58 可求得

单管程的管子根数：913600015.014.3/55.04

/58.314

232=⨯⨯⨯⨯==

h m h m d u V

n i

i i π m n d A L i i 27.2491019.014.376

.1310=⨯⨯==

π估

所以 546916=⨯=⨯=i p n N n

据此初选固定管板式换热器规格尺寸为：壳径D=a （b-1）+2L 有化工设备机械基础P208表7-4可知，b=25，由表7-5可取a=25mm 所以 D=25*（25-1）+2*4.5=609mm 圆整后为700mm

2、核算总传热系数

2.1 计算管程给热系数i α

22

2

016.04150.0914m d n A i

i i =⨯⨯=⨯⨯=ππ

s m h m A V u i s i 55.0016.03600/58.313=⨯==

（与假设相一致 合适）化原P5（1-13）

()湍流4

3

1006.110742.095055.0015.0Re ⨯=⨯⨯⨯=

=

-μ

ρ

i i i u d ［7]化原p16(1-26)

75.9172

.010742.010261.2Pr 3

3=⨯⨯⨯==-λμ

p i C ［8]

所以

()

()

C m W d i i

i ο

⋅=⨯⨯⨯⨯==23.08.043

.08.0/184.86775.9)1006.1(015

.0172.0023.0(Pr Re 023

.0有机液被冷却）

λ

α［9]

2.2 计算壳程对流传热系数0α

换热器中心附近管排中流体流通截面积为：

()()2

045.0019.0257.02.0m

d n D h S o c =⨯-⨯=-=［10]

式中 --h 折流挡板间距，取200mm ；t=25mm

因为是正三角形排列，所以 261.1≈≈n n c 因为 s kg m h /037.12=水 所以

s m A V u s /27.0045

.0825.994037.1200=⨯==

由正三角形排列得：

m d d t d e 017.0019

.014.3)019.0414.3025.023(4)423(4220202=⨯⨯-⨯⨯=-=

ππ［11]

76.597610

764.0825

.99427.0017.0Re 3

00=⨯⨯⨯=

=

-μ

ρ

u d e 因为 0Re 在3102⨯～6102⨯围，故可用下式计算0α

［12]

()()

μ

λ

αΦ⨯

=3

1055

.000Pr Re 36.0e

d

13.5622

.010764.010174.4Pr 3

30=⨯⨯⨯==-λμ

p C

壳程中水被冷却，取 95.0=Φμ，

所以

08.257795.0)13.5()76.5976(017

.0622

.036.031

55.00=⨯⨯⨯=α()C m W ο⋅2/

2.3 确定污垢热阻

管、外侧污垢热阻分别取为：

（水）

有机液体），W C m R W C m R so si /00021.0(/00018.022οο⋅=⋅=［13]

2.4 总传热系数0K

因为管程走有机物，管子材料选用20R ，

取其导热系数为/5.16W w =λ(m ·o C)，总传热系数0K 为：