管壳式换热器的设计 3 管壳式换热器的化工计算
3.1确定物性数据
定性温度：可取流体进出口温度的平均值。 甲醇的定性温度为 T?40?602?50℃ 丙碳流体的定性温度为 t?175?2052?190℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据[6]。 甲醇在50℃下的有关物性数据如下: 密度 ?3 ０=791kg/m定压比热容 cp0 =2.495kJ/(kg.℃ ) 导热系数 ?0=0.212W/(m.℃) 粘度 ?0=0.0006Pa.s 碳酸丙烯酯在190℃下的物性数据： 密度 ?3 i=1206.9 kg/m定压比热容 cpi =1．904kJ/(kg.℃) 导热系数 ?i=0.151 W/(m.℃) 粘度 ?i=0.03Pa.s 3.2估算传热面积 3.2.1 热流量
Qi?micpiti?12069?1.904??205?175??689000kJh?191.4KW 5
(3.1)
榆林学院毕业论文 3.2.2平均传热温差[6]
?tm?
?t1??t2?tln1?t2??205?40???175?60??138.5oCln205?40175?60 (3.2)
3.2.3冷却介质甲醇的用量
wi??Qicp0?t689000?kgh??138082.495?(60?40) (3.3)
3.2.4初算传热面积
结合壳程流体的压力，先取较小的K值。首先假设K=230 W/(m2·℃)。则估算的传热面积为
S估??QiK?tm689000?21.6(m2)230?138.5 (3.4)
表3.1 管壳式换热器中传热系数K值范围推介值
高温流体 水 有机质蒸气 水蒸气 汽油蒸气 煤油蒸气
低温流体 水 水 水 水 水
传热系数范围/ W/(m2·℃)
1400～2840 230～930 610 520 290
3.3工艺结构计算及其他主要附件说明 3.3.1管径和管内流速
选用φ25 ?2.5mm(不锈钢)作为壳程内的传热管
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管壳式换热器的设计 3.3.2管程数和传热管数
可依据传热管内径和流速确定单程传热管数
ns?
qv12?d1u (3.5) 412069?1206.9?3600???22(根)0.785?0.022?0.4按单管程计算，所需的传热管长度为
L??S估?d0ns21.6?12.5(米)3.14?0.025?22 (3.6)
按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构，换热器管子的长度与换热器的长径比有关。相同的传热面积，管子越长，壳体封头的直径和壁厚越小，结构就越经济合理。但长到一定程度，这种经济效果就不会再显著，会因管子过长给热器的清洗、运输、安装带来麻烦。因此我国传热管长度规格定义为1500mm、2000mm、2500mm、3000mm、4500mm、6000mm、7500mm、9000mm、12000mm等，其中6000mm以上的管长适用于大传热面积的换热器[2]。先取传热管长为l?6m
LNP?l (3.7)
12.5??26传热管总根数N?22?2?44（根）
3.3.3平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数[2]
P??R?t2?t1T1?t160?40?0.12205?40T1?T2t2?t1205?175?1.560?40 (3.8)
? (3.9)
按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表[1]，
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榆林学院毕业论文
图3.1 对数平均温差校正系数
得??t?0.98
平均传热温差?tm???t?tm?0.98?138.5?136℃
3.3.4传热管排列和分程方法
采用组合排列法，及每程内均按正三角形排列，三角形排列方式适用于壳程介质清洁及不需要进行机械清晰地场合。正三角形排列法在一定的管板面积上可配置较多的管子数[9]。隔板两侧采用正方形排列。这种排列方式最不紧凑，但便于机械清洗的换热管中。这两种排列方法结合其目的是便于安排隔板位置。取管心距t?1.25d0，则 t?1.25?25?31.5?32(mm) 横过管束中心线的管数 nc?1.19N?1.19?44?8(根) (3.10) 3.3.5管壳内径
采用多管程结构，取管板利用率??0.7，则壳体内径为
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管壳式换热器的设计 D?1.05tN?0.7?266.4(mm) (3.11) ?1.05?3244圆整后可取D=325（mm） 表3.2 板管利用率的取值范围
正三角形排列
二管程
四管程
二管程
正方形排列
四管程
?=0.7～0.85 ?=0.6～0.8
?=0.55～0.7 ?=0.45～0.65
表3.3 换热管的管程数
DN/mm N
325-500 2，4
600-1200 2，4，6
1300-1800 4，6
3.3.6折流板
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为h?0.25?325?81.25(mm)，故可取h=100(mm)。由于换热器的功用不同，以及壳程介质的流量黏度等不同，折流板间距亦不同，其系列为[3]：100mm、150mm、200mm、300mm、450mm、600mm、800mm、1000mm 取折流板间距B?0.3D，则B?0.3?325?97.5(mm) 则可取B为100mm,则可得出 NB?传热管长?1折流板间距 (3.12) 6000??1?59（块）100在该设计中将折流板圆缺面上下方向排列，这种排列方式可造成液体的剧烈扰动，增大传热膜系数，这种排列方式最为常用。 3.3.7接管 壳程流体进出口接管：取接管内流速为u?1.0m/s，则接管内直径为 4qvd??u (3.13) 4?12069/(3600?1206.9)??0.063(mm)3.14?1.0取标准管径为60mm。
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