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1、i=994 kg/m3 cpi=4.08 kJ/(kg C)入 i=0.626 W/(m C)U i=0.000725 Pas3.计算总传热系数(1) 热流量Qo=WocpoA to=6000X2.22X(140-40)=1.32X106kJ/h=366.7(kW)(2) 平均传热温差坐二些 (140 -40)-(40 -30) In竺加；=?,140-40In40-30=39(C)2.4列管换热器设计示例某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140C冷却至40C，压力为0.3MPa;冷却介质采用循 环水，循环冷却水的压力为0.4MPa,循环水入口温度30C，出口温度为40C。试设计一台列
2、 管式换热器，完成该生产任务。1. 确定设计方案(1) 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度140C，出口温度40C冷流体(循环水)进口温度30C， 出口温度40C。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素， 估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换 热器。(2) 流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用 *25X2.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/2. 确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程油的定性温度为2(C)管程流体的定性温度为2(C)
3、根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在90C下的有关物性数据如下：密度 P o=825 kg/m3定压比热容 cpo=2.22 kJ/(kg C) 导热系数 入o=0.140 W/(m C) 粘度Uo=0.000715 Pas循环冷却水在35 C下的物性数据：密度P定压比热容 导热系数 粘度(3) 冷却水用量13200004.08x(40-30)(4)总传热系数K 管程传热系数= 32353(kg/h)=0.023 x0.02 x0.5x994_0.000725_= 136700.6260.02006704.08 xl03x 0.000725 V4026 =2731W/(m
4、C)壳程传热系数假设壳程的传热系数a o=290 W/(m2C);污垢热阻 Rsi=0.000344 m2 C/W , Rso=0.000172 m2 C/W管壁的导热系数入二45 W/(m C)仏+氏+理+心+丄 如乜企 -%0.0252731x0.020+ 0.000344 x0.0250.020 +0.0025 x0.02545x 0.0225+ 0.000172+ 290=219.5 W/(m C)4. 计算传热面积366.7x10s219.5x39= 42.8(m2)考虑 15%的面积裕度，S=1.15XS,=1.15X42.8=49.2(m2)05. 工艺结构尺寸(1)管径和管内流
5、速选用*25X2.5传热管(碳钢)，取管内流速ui=0.5m/so(2)管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数32353/(994x3600)0.7 8 5 x 0.022 x 0.5= 57.658(根).8(m)则该换热器管程数 E49.2/ = = 按单程管计算，所需的传热管长度为知也3.14x0.025x58按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m,(管程)传热管总根数N=58X2=116(根)(3) 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数140-4040-301040-30140-30= 0.091第2章换热器设计按单壳程，双管程结构，温差
6、校正系数应查有关图表。但R=10的点在图上难以读出，因而 相应以1/R代替R, PR代替P,查同一图线，可得0 At=0.82平均传热温差 tm=0 AtAz tm=0.82X39=32(C)(4) 传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25 dO，则t=1.25X25=31.2532(mm)横过管束中心线的管数逅=1.19莎=13 (根)(5) 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n=07，则壳体内径为(mm) = 1.05 =32116/0.7 = 432.5圆整可取D=450mm(6) 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺
7、高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h=0.25 X450 = 112.5(mm)，故可取 h = 110 mm。取折流板间距B=0.3D，则B=0.3X450 = 135(mm)，可取B为150。折流板数“吐传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块)折流板圆缺面水平装配。(7) 接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为u=1.0 m/s，则接管内径为4x6000 /(3600 x 825) = 0 053.14x1.0取标准管径为50 mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u = 1.5 m/s，则接管内径为V 3.14x1.5= 0.088(m)6. 换热器核
8、算(1)热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用凯恩公式住,=0.兀严(出严4戸甲当量直径，由正三角形排列得4( -壬必 4(x0.0322-f xO.0252)仇=一2= 一2= 0.020真 3.14x0.025,、“(m)壳程流通截面积= 51)(1-) = 0.15x0.45x(1-2)x0.020 = 0.01476f0.032(m)壳程流体流速及其雷诺数分别为p 0.02x0.0137x825)“艮亡“ =31610.000715普兰特准数R= 2.22x10715x10 = n340.140(_严小粘度校正血% 二 0.36x22x31610J5 xll.341/3 =
9、 476 .O2W/(m2 管程对流传热系数塀=0.023 AB.e0Spr0-4管程流通截面积 0.785x0.02116/2 = 0.01 叫“2)管程流体流速2 0.0182Pr =普兰特准数4.08x10s x0.725xl03)” ”=斗.0.626= 0.023xxl36280Bx4.73-4 = 2721.O2W/(m2 C) 传热系数K3 仏+忑佥+竺+兀+丄 如乜施 -%1皿+0.000却冥匹址4址+0丽学+丄 2721x0.0200.02045x0.0225476=310.2 W/(m C) 传热面积S7春皿冷(m2)该换热器的实际传热面积Sp3.14x0.025x(6-0
10、.06)X(116-13) = 48.0 /、卢(m2)该换热器的面积裕度为H =目匚目xWO% = 4S 36 9xl00% = 30.1% S36.9传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。(2)换热器内流体的流动阻力 管程流动阻力EAPi = (APl + AP2) Ft NsNpNs=1, Np=2, Ft=1.5d由Re=13628,传热管相对粗糙度0.01/20=0.005,查莫狄图得入i =0.037 W/mC, 流速 ui =0.497 m/s, p =994 kg/m3,所以6994x0 4972A = 0.037xx=362.1(Pd)0.02 2pu2994x0.49
11、72A 马=$ = 3x= 363(Pa)2 2SA/? = (1362.7 + 368.3)x1.5x2 = 5193() 10()管程流动阻力在允许范围之内。 壳程阻力EAPo=(AP,1 + AP,2)F tNsNs=l, Ft=l流体流经管束的阻力=0.5=5x3161228 = 0.79 62叫= 0.137呂 2 5 q 13 7 2A=0.5x0.7962xl3x 卩9 +1)= 1202()2流体流过折流板缺口的阻力 D ) 25 = 0.15(),)= 0.45()e 0Q 、2x0.15.825x0.1372 心“口、込=29x(3.5)x= 636.2(7)0.452总阻力工F0 = 1202 + 636.2 = 1838.2(Pa) V10 kPa壳程流动阻力也比较适宜。 换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见表2-13o
