文档介绍：列管式换热器的设计
基础数据
拟用150Kpa的饱和水蒸气将常压下20℃的甲苯加热到75℃,甲苯的质量流量为35吨/小时,试设计一列管式换热器。要求换热器管程压降小于70KPa
物性数据
加热介质150 Kpa绝压的饱和水蒸气,冷凝液在饱和温度下排出。
换热器类型选择
两流体的温度变化情况如下:
甲苯:入口温度=20℃,出口温度=75℃。
饱和水蒸汽:入口温度=出口温度== ℃。
因此,甲苯的平均温度为
饱和水蒸汽的平均温度为
因此,此次设计采用浮头式列管换热器。
其主要优点是管束可以拉出,以便清洗;管束的膨胀不变壳体约束,因而当两种换热器介质的温差大时,不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。
热负荷即传热速率Q(单位时间内传递的热量)
式中:
——热负荷;
——甲苯的质量流量;
——甲苯的比热容;
, ——甲苯的入口与出口温度。
平均温度差
因为壳程中水蒸汽的温度不变,采用并流和逆流的平均温度差是相同的。采用逆流方式,
甲苯
水蒸汽
因此,
平均温度差为
℃
初选K值,并估算传热面积A初
根据条件K值的选择范围在580~1160 W/m2·℃
故K初=650 W/m2·℃
m2
选用安全系数Φ=~
A初=ΦA’=×1604= m2
换热器尺寸的初步确定
1、确定管程结构尺寸
(1)管子规格
选传热管,L=3m,内径为,外径为。材料为碳钢。
液体种类
流速
管程
壳程
低粘度液体
-3
-
易结垢液体
>1
>
气体
5-30
2-15
取管内苯的流速为u’2=
初步设计总管数
圆整为80根
n”=127根———三角排列管数,3a2+3a+1,此处a=6;
校核流速、确定管程
m/s
管程,取2管
管间距及排列方式
管间距t=(~)d0,取t==×=
采用紧凑的三角型排列,
层数a=6,弓形不排管,共127根管子(NT=127)
最外层六角形对角线上管数 NTb=2a+1=13根
采用胀管法排列(因流体压力不变,胀管法制造方便)
壳程设计数据
壳体内径
t -管间距
NTb -最外层六角形对角线上管数
-六角形最外层管中心到壳体内壁距离,一般取b’=(1~)d0
故 +=
此处取= =×=
壳体内径标准圆整到Φ500×10mm,内径D=480mm
中心拉杆n3=8根直径Φ12mm ,
双管程隔板少排NTb=13根,固定杆n=4,
其它可能管若干根。
实际管数选84根,每程42根排列管
127布管图
实际流速
与初假设苯的流速u’2=,可行。
换热器长径比
符合要求()
校核计算
1、校核总传热系数K值
(1)管内对流传热系数α2
W/m2·℃
(2)管外对流传热系数α1
式中:n为水平管束垂直列上的管数,n=6;
假设管外壁温TW=℃,则=3℃
(3)污垢热阻及管壁热阻
常用流体的污垢热阻
流体
污垢热阻
m2·K/kW
水(速度<1m/s,t<47℃)
 
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
水蒸汽
 
  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
气体
 
  空气
~
  溶剂蒸汽
因此甲苯侧污垢热阻RS2=×10-4 m2·℃/ W
水蒸汽侧污垢热阻,因为属于蒸汽冷凝方式,污垢
热阻相对比较小
碳钢钢管的导热系数λ=45 W/m2·℃
(4)校核K值
以外表面计算:
==·℃/ W
K=·℃
%<5%,可行。
2、校核壁温TW
=℃
%
与与原假设值TW=