3 换热器的初步计算 3.1物性数据的确定
正戊烷液体在定性温度（51.7℃）下的物性数据（查化工原理附录），
??596kg/m3，??1.8?10?4Pa?s，cp?2.34kJ/kg??C，??0.13W/m??C，r?347.5kJ/kg。循环水的定性温度：
入口温度为t1?22?C，出口温度为t2?36oC 循环水的定性温度为tm??22?36?/2?29?C
两流体的温差Tm?tm?51.7?29?22.7?C?50?C，故选固定管板式换热器 两流体在定性温度下的物性数据见表2。
表2 两流体在定性温度下的物性数据
物性 流体 正戊烷 循环水
温度 ℃ 51.7 29
密度 Kg/m3 596 996
粘度 mPa·s 0.18 0.825
比热容 kJ/(kg·℃) 2.34 4.175
导热系数 W/(m·℃) 0.13 0.615
3.2估算传热面积 3.2.1 计算热流量
25000?103??0.8768kg/s 3600?330?24 qm,h QT?qm,hr?0.8768?347.5kJ/kg?304.69kw 3.2.2 冷却水用量
qm,c?QT/cp,c?t?304.69/?4.175?14??5.213kg/s 3.2.3 计算有效平均温度差
?t1?51.7?22?29.7 ?t2?51.7?36?15.7 ?tm???t1??t2?/ln?t129.7??29.7?15.7?/ln?22.7 ?C ?t215.7 11
3.2.4 估算传热面积
W/m2??C 初选总传热系数K 依经验取 K?600 则估算换热面积
A估`QT304.69?103???22.4m2 K估?tm600?22.73.3传热管数与排列方式确定 3.3.1管程数和传热管数
为方便清洗选用Φ25×2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速 u1=1m/s。
可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 ns?V?4?2diu5.213/996?16.67?17(根） 20.785?0.02?1 按单程管计算，所需的传热管长度为 L?A估?dons?22.4?16.79m?17m
3.14?0.025?17按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，现取传热管长l=6m，则该换热器的管程数为 np?L17??3.5?4 l6 传热管总根数 N=17×4=68(根） 3.3.2平均传热温差校正及壳程数: 平均温差校正系数有 :
/冷流体升高的温度?0/15?0 R?热流体降低的温度 P=
36?2214??0.47
51.7?2229.7 12
图1. 温差校正系数图
单壳程，双管程结构，查图1得??1.5， 平均传热温差 ?tm???tm逆?1.5?29.7?44.55℃
由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。
3.3.3 传热管的分程与排列
管子的排列方式有等边三角形、同心圆和正方形三种。正方形排列管外清洗方便，对易结垢流体更为实用，若将正方形排列的管束斜转45度安装可在一定程度上提高给热系数。等边三角形排列比较紧凑，管外湍动高，给热系数大。因此我们采用等边三角形排列。
传热管和管板的链接方法有胀接和焊接两种，当采用胀接法时，采用过小的管心距，常会造成管板变形。而采用焊接时，管心距过小，也很难保证焊接质量，因此管心距应有一定的数值范围。一般情况下，胀接时，取管心距t=(1.3~1.5)d0；焊接时，取t=1.25 d0 (d0为管子外径)。对于直径较小的管子，要注意，管心距最小不能小于（d0 +6）mm，而且 t/d值应稍大些。
多管程结构中，隔板占有管板部分面积，一般情况下，隔板中心到离其最近一排管中心的距离可用下式计算s=t/2+6(mm)
于是可求各程相邻管子的管心距为2s，表3列出了常用传热管布置的管
心距。
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表3 换热管的管心距
换热管外径d0/mm 换热管间管心距t/mm 分程隔板处的管心距tc/mm 19 25 38 25 32 44 32 40 52 38 48 60 设计中当使用焊接时，取管心距 t=1.25×25=31.25≈32mm，隔板中心到离其最近一排管中心距离 S=32/2+6=22mm，各程相邻管的管心距为44mm。 传热管的具体排列方式如图2所示。
1.正三角形法 2.正方形法 3.同心圆法
图2 传热管的排列方式
3.3.4 分程方法
在设计中，采用多管程，需要在管箱中安装分程隔板。分程时，应使各程管子的数目大致相等，隔板形式要简单，密封长度要短。为使制造、维修和操作方便，一般采用偶数管程。
管束的分程方法常采用平行和T形方式，其前后管箱中隔板设置和介质的流通顺序按图3选取。
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图3 隔板型式与流通顺序图
所设计的换热器为四管程，每程各有传热管17根，故采用四管程的平行方式。流动顺序，管箱隔板，介质返回侧隔板如图3所示。 3.4 壳体内径及壁厚的选择
采用多管程结构，壳体内径可按下式估算，
横过管数中心线管的根数 nc?1.1N?1.1?68?9.07?10（根）
多管程结构换热器壳体的内径和管程数有关，壳体内径可按下式估算。
D?1.05tNT/?（η为管板利用率）
η其取值范围如下：对于正三角形排列，2管程，η=0.7~0.85，4管程以上η=0.6~0.8。正四边形排列，2管程，η=0.55~0.7，4管程以上η=0.45~0.65。估算出壳体内径后，需圆整到标准尺寸。卷制壳体的内径(公称直径)以400mm为基数，以100mm为进级档，必要时也可采用50mm为进级档。
本设计中采用四管程，管子为正四边形排列，所以估测管板利用率η=0.6 ，则壳体内径为
D?1.05tNT??1.05?32680.6?357.7mm 按卷制壳体的进级档100mm，可取D=400mm 固定管板式换热器的规格如下：
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