换热器的设计(幻灯片)

de
Re0.55 Pr 13
w
0.14
0
0.5
de
Re0.507
1
Pr 3
w
0.14
若 0 太小，则可减少挡板间距
实例 11
Ⅴ.压降校核
① 管程阻力校核
Pt
l dБайду номын сангаас
3
ft NP
ui
2
N P : 管程数
ft :
管程结垢校正系数，对三角形排列取1.5， 正方形排列取1.4
Pt
N
3 P
8
④折流挡板
安装折流挡板的目的是为了提高管外
对圆缺形挡板，弓形缺口的常见高度 取壳体内径的20%和25% 国标挡板间距： 固定管板式：100、150、200、300、450、600、700mm
浮头式：100、150、200、250、300、350、450 （或480）、600mm
9
⑤管程给热系数 i
Ⅱ.作出适当的选择并计算 tm
①流向的选择 一般逆流优于并流
②确定冷却介质出口温度 t2，求对数平均推动力
tm逆
T1
t1 T2
ln T1 t1
t2
T2 t2
③对 tm逆 进行 修正
R T1 T2 t1 t2
P t2 t1 T2 t1
查图得到
tm tm逆 实例 6
Ⅲ.根据经验估计传热系数 K，估 计算传热面积 A qm1Cp1 T1 T2 K估 A估tm逆
d0
u0
V A
A BD1 d0 l
l D
为相邻两管的中心距，d
为壳体直径
0
为管外径，B
两块挡板间距离，
23
常见流体的污垢热阻
流体
水 1m s , t 50C
蒸馏水 海水 清净的河水 未处理的凉水塔用水 已处理的凉水塔用水 已处理的锅炉用水 硬水、井水 气体 空气
污垢热阻 R
/ m2 K kW 1
4.计算冷、热流体与管壁的
5.压降校核 6.计算传热系数，校核传热面积 7. 选用一台合适的离心泵
3
三. 设计结果
• 换热器的型号 • 离心泵的型号 • 流程安排
4
Ⅰ.求出换热器的热流量
根据已知条件 T1 、T2 、Cp1 、Cp2、qm1 ， 求Q
Q qm1C p1 T1 T2
实例 5
19
列管式换热器内常用的流速范围
流体种类 流速 m s
管程 壳程 一般流体 0.5~3 0.2~1.5
易结垢流体 >1 >0.5
气体
5~30 3~15
不同粘度液体的流速
液体粘度 103 N S m2 最大流速 m s
>1500
0.6
1500~500
0.75
500~100
1.1
100~35
1.5
24
初选换热器 Q qm1Cp1T1 T2 100103 0.53 78 60
Re 1000 物性系数在定性温度下求得
i
0.023
di
di ui
0.8
Cp
0.3 ~ 0.4
m
0.14
i
qv
0.785d
2 i
NP n
i
N
0.8 P
若 i K估 ，则改变管程数重新计算或重新估计 K估
实例
10
⑥壳程给热系数
Re 2000 Re 10 ~ 2000
0
0.36
35~1
1.8
<1
2.4
20
a. 较大 b. 给热效果较差 c. 大 管外清洗方便 21
低粘度
w
0.14
1
w
0.14高
粘
度
液
体
被
加
热
w
1.05
高粘度液体被冷却
w
0.95
22
Re deu0
对正方形
de
4 l 2
4
d0
d
2 0
对正三角形
de 4
3 2
l
2
4
d
2 0
F : 管子排列形式对压降的校正系数
f0 : 壳程流体摩擦系数
Ps P允 可增大挡板间距
实例
13
Ⅵ.计算传热系数 校核传热面积
根据流体的性质选择适当的 垢层热阻 R
1 1 R 1
K估 i
0
A计
Q
Ktm
A NTd0l
A A计 1.10 ~ 1.20
否则重新估计K 估 ，重复以上计算
实例 14
• 冷却介质的选择是一个经济上的权衡问题，按设 备费用和操作费用的最低原则确定冷却介质的最优出 口温度 t2opt
•根据一般经验过程要有一定的推动力， tm 10C • 冷却介质若是工业用水，含有 CaCO3 、MgCO3 等 盐类，其溶解度随着温度上升而降低，为了防止盐类 析出，形成垢层，工业冷却水出口温度应小于 45C
根据 A估 初选换热器
实例
7
Ⅳ.计算冷、热流体与管壁的
①确定冷、热流体走管程或壳程
②确定管内流速
ui
qv
0.785d
2 i
n NP
n 管子数 N P 管程数
核定管壳式换热器内常用流速范围
③根据所选换热管确定管子的排列
目前我国国标采用 25mm 2.5mm 和 19mm 2mm
管长 l 有1.5、2、3、4.5、6、9m
改变管程数，应兼顾传热与流体压降两方面 的损失
Pt P允 必须调整管程数目重新计算
实例 12
② 壳程阻力损失
Ps
Ff0 NTC N B
1
N
B
3.5
2B D
fs
u02 2
NB : 折流板数目 NTC : 横过管束中心线的管子数 B: 折流板间距 D: 壳体内径
u0 : 按壳程流动面积 A0 BD NTCd0 计算所得的壳程流速
0.09 0.09 0.21 0.58 0.26 0.26 0.58
0.26~0.53
流体
溶剂蒸汽 水蒸气 优质（不含油） 劣质（不含油） 往复机排出 液体 处理过的盐水 有机物 燃料油 焦油
污垢热阻 R
/ m2 K kW 1
0.14
0.052 0.09 0.176
0.264 0.176 1.056 1.76
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若根据 P 、R 在图上找不到相应的点，表明
此种流型无法完成指定换热任务，应改为其他流 动方式。
若 0.8 ，经济上不太合理，且操作温度变
化时，可能使 急 剧下降，影响操作的稳定性，
应改为其他流动方式。
16
17
18
原则：① 不洁净和易结垢的液体宜在管程 ② 腐蚀性流体宜在管程 ③ 压强高的流体宜在管内 ④ 饱和蒸汽宜走壳程 ⑤ 被冷却的流体宜走壳程 ⑥ 若两流体温差较大，对于刚性结构的换热 器，宜将给热系数大的流体通入壳程 ⑦ 流量小而粘度大的液体一般以壳程为宜
化工原理课程设计
管壳式换热器的选型
1
一.设计任务书
1. 已知热流体热量 qm1，温度 T1、T2 ， 冷却介质 温度 t1
2. 确定换热面积及选定换热器
3. 选用一台合适的离心泵
t1
qm1
qm1
T1
T2
t2
实例
2
二.设计步骤
1.求出换热器的热流量
2.作出适当的选择并计算 tm 3.根据经验估计传热系数K估 ，计算传热面积 A