化工原理课程设计列管换热器(4)

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2、 冷却水用量

mi?Q01314720??31505 (kg/h) cpi?t4.173?(40?30)3计算传热面积

求传热面积需要先知道K值，根据资料查得煤油和水之间的传

热系数在350 W/(㎡.℃)左右，先取K值为300W/(㎡.℃)计算

由Q=KA△tm 得 A0??Q0 K?tm365168?32.5 (㎡)

300?37.442.3工艺结构尺寸

1．管径和管内流速选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=5.5m/s。

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=

V?4?2diu31505/(3600?994.3)?44

0.785?0.022?5.5按单程管计算，所需的传热管长度为 L=

Ap?dons?32.5?42m

3.14?0.025?44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，采用非标设计，现取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为 Np=

L42??6 l7传热管总根数 Nt=44×6=264 3.平均传热温差校正及壳程数

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140?40?10 40?3040?30?0.09 P=

140?30 R=

按单壳程，双管程结构得： ??t?0.96

平均传热温差 ?tm???t?tm塑?0.96?39?37.44℃

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。

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=1.25d0，则 t=1.25×25=31.25≈32㎜ 隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式（3-16）计算 S=t/2+6=32/2+6=22㎜ 各程相邻管的管心距为44㎜。

5．壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率η=0.75 ，则壳体内径为：

D=1.05tNT/??1.05?32104/0.75?400mm 按卷制壳体的进级档，可取D=400mm

6．折流板 采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：

H=0.25×400=100m，故可取h=100mm

取折流板间距B=0.3D，则 B=0.3×400=120mm，可取B为150mm。

折流板数目NB=

传热管长7000?1??1?57.6?58

折流板间距120- 17 -

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2.4换热器核算

2.4.1.热流量核算

（1）壳程表面传热系数 用克恩法计算得： ?0?0.36当量直径：

4[32?2t?do]24?0.02m ?do?1deRe00.55Pr(13?0.14) ?w de=壳程流通截面积：

so?BD(1?do25)?450?400(1?)?0.0096 t32壳程流体流速及其雷诺数分别为：

5976/(3600?90)?0.21m/s

0.00960.02?0.21?90?25185 Reo??51.5?10

uo?普朗特数：

3.297?103?1.5?10?51.773 Pr?0.0279粘度校正：

(?0.14)?1 ?w10.0279?251850.55?1.7733?925.5w/m2?K 0.02?o?0.36?（2）管内表面传热系数：

?i?0.023iRe0.8Pr0.4

di

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管程流体流通截面积：

管程流体流速：

u?31505/(3600?994.3)0.046m/s

Si?0.785?0.022?264?0.0396 2i0.0396

Re?0.02?1.306?994.3/(0.742?10?3)?35002

普朗特数：

?4.174?103?0.742?103Pr0.624?4.96

?624i?0.023?0.0.02?350020.8?4.960.4?5887w/m2.k

（3）污垢热阻和管壁热阻： 管外侧污垢热阻 Ro?0.0004m2?k/w 管内侧污垢热阻 Ri?0.0006m2?k/w

管壁热阻按碳钢在该条件下的热导率为50w/(m·K)。 所以：

Rw?0.002550?0.00005m2?k/w

（4） 传热系数Ke：

Ke?1?400w/m2?k

(doRdRd1??io?wo?Ro?)idididm?o

（5）传热面积裕度 依式3-35可得所计算传热面积Ac为：

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Ac?Q1365168??20m2 Ke?tm400?39该换热器的实际传热面积为Ap

Ap??dolNT?3.14?0.025?7?264?24m2

该换热器的面积裕度为：

H?Ap?AcAc?24?20?16.1% 20传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

2.4.2.壁温计算

因为管壁很薄，而且壁热阻很小。冬季操作时，循环水的

进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为30℃，出口温度为40℃计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是有:

Tw tw??c?c?tm?n1?1

?n式中液体的平均温度tm和气体的平均温度分别计算为 tm?0.4×39+0.6×15=24.6℃ Tm?(140+40)/2=90℃ ?c??i?5887w/㎡·k

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