甲醇溶液冷却器设计(9)

第二章 换热器工艺设计

根据两流体情况，根据经验值，假设KS??QK?tm?7.068?105?600W/(m?C)2?,故

600?33.2?35.5m2 (2-8)

2.4换热器的选型及结构尺寸的确定 2.4.1换热器的选型

根据前面所计算的结果选用G400Ⅱ-0.25-39型换热器，有关参数见表2-6。

表 2-6 换热器参数

壳径/mm 壳程数 中心排管数 管程数 公称面积 400 1 14 4 39 管子尺寸/mm 管长/m 管子总数 公称压力/MPa 管子排列方法 ?19?2 4.5 146 0.25 正三角形 2实际传热面积So?n?dL?146?3.14?0.019?(4.5?0.1)?38.3m (2-9)

若选该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为 Ko?QSo?tm?7.068?10538.3?33.2?555.9W/(m?C) (2-10)

2?2.4.2管内流速

常用的流速范围，如表2-4所示，选择的流速应尽可能避免流体处于层流状态，因为此时对流传热系数小，从而使总传热系数也很小。

表2-4 管壳式换热器中常用的流速范围

流体的种类 流速(m/s) 管程 壳程 一般液体 0.5～3 0.2～1.5 易结垢液体 >1 >5 气体 5～30 3～15 2.4.3换热器的排列及分程方法[5]

换热管中心距的数值如表2-5所示。

表2-5 换热管中心距数值

换热管外径(mm) 换热管中心距(mm) 19 25 25 32 32 40 38 48 18

四川理工学院毕业设计（设计）

分程隔板处换热管中心距(mm) 38 44 52 60 换热管的排管原则[5]：

(1)换热管的排列应使整个管束完全对称；

(2)在符合4.9.5和4.9.6节规定的范围内，全部不满换热管；

(3)拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。在靠近折流板缺边位置处应布置拉杆，其间距小于或等于700mm。拉杆中心至折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距的(0.5～1.5)

3范围内；

(4)多管程的各程管数应尽量相等，其误差应控制在10%以内，最大不得超过20%。每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。焊接法去tt?(1.3~1.5)do，且相邻两管外壁间距不应小于

?1.25do，胀接法取

6mm,即t?(do?6)。

2.4.4折流板

列管式换热器的壳程流体流通面积比管程流通面积大，在壳程流体属于对流传热条件时，为了增大壳程流体的流速，加强其湍流程度，提高其表面传热系数，提高传热效果，需设置折流板。

横向折流板同时兼有支承传热管，防止产生振动的作用。其常用的形式是弓形折流板，弓形折流板结构简单，性能优良，故选用弓形折流板。

卧室换热器，当壳程全是气相或全是液相的清洁物料时，宜用上、下缺边折流板。若气相中有少量液体，则应在上缺边折流板的下部最低处开小槽，如图2-1，其切去部分的高度一般取h?(0.25~0.45)Di[5]

。此外，还应根据换热管排列，尽量使折流板缺边

通过换热管排或程间通道的中心线[5]。

a.取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的的圆缺高度为 h折流板间距[5]：

(1)最小板间距，取壳体内径的1/5或50mm中的较大值。

(2)最大板间距，应保证换热管的无支承长度不的超过表2-7的规定，用作折流时，其值尚应不大于壳体内径。

表2-7换热过最大无支承长度

换热管外径(mm) 最大跨距(mm) 19 1500 ?200mm[5]

?0.25?400?100mm

25 1900 32 2200 38 2500 b.取折流板间距 B

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第二章 换热器工艺设计

折流板数NB：

NB?传热管长折流板间距?1?4500200?1?20(块) (2-11)

折流板圆缺面水平装配。

2.4.5其他附件

图2-1折流板

拉杆数量和尺寸按 GB 151-1999表43和表44选取，由换热管直径为19mm,壳体内径为400mm，故拉杆直径dn?10mm，拉杆数量6根。

2.5核算换热器的流动阻力 ２.5.1管程流体阻力

管程流体的阻力等于流体流经传热管直管阻力和换热器管程局部阻力之和： 符号说明：

?pi?pr——单程直管阻力； ——局部阻力；

NNs——串联壳程数； ——管程数； ——管程总阻力；

p?ptFt——管程结垢校正系数；

?i——摩擦系数； l——传热管长度，m；

；

di——传热管内径，mu——管内流速，m/s；

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四川理工学院毕业设计（设计）

??——流体密度，kg/m3；

——局部阻力系数。

管程流通截面积：

Si??di2n?0.785?0.0192?146?0.010344m (2-12)

24Np4管程内流体流速： u?104/3600)/996.3i?VS?(2i0.010344?0.5391m/s 雷诺数：

Rdiui?e???0.015?0.5391?996.30.855?10?3?9.4229?103(湍流) i设管壁粗糙度：??0.1，则

?0.1d?15?0.0067查莫狄图得：?i?0.04

?pl?u2i??id i2?p996.3?0.53912i?0.04?4.50.015?2?1737.32Pa 查有关资料，阻力系数?取3。

?pr???u22 ?0.53912?pr?3?996.32?434.33Pa Ns?1 Np?2

查相关资料得，管子规格不同结垢校正因数不同，?19?2管子Ft?1.5?pt?(?pi??pr)?Ns?Np?Ft ?(1737.32?434.33)?1?2?1.5

?6514.95Pa

?pt在1~100kPa之间，能满足要求。

(2-13)

(2-14)

(2-15)

(2-16)

(2-17)

(2-18)

(2-19)

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第二章 换热器工艺设计

２.5.2壳程流体阻力

符号说明：

?ps——壳程总阻力，Pa；

?p0——流体流过管束的阻力，Pa；

?pi——流体流过折流板缺口的阻力，Pa；

Fs——壳程结垢校正系数； Ns——壳程数；

nc——中心排管数；

NB——折流板数目；

B——折流板间距，m； D——换热器壳体内径，m；

u0——壳程流体横过管束的最小流速，m/s； F——管子排列形式对阻力的影响，

f0——壳程流体摩擦因子；

壳程流通截面积为： sdoo?BDi(1?t)?0.2?0.4?(1?0.0190.025)?0.0792m2 壳程流体流速为：

uVho?s?(4?104/3600)/763.1o0.0792?0.7584m/s 由于管子采用正三角形排列。 当量直径及雷诺数为：

4(32?d2t?4d2o)e??do4?(322?0.025?3.144?0.0192)?3.14?0.019?0.0173mmRdeuo??0.0173?0.7584?763.1e??0.586?10?3?17085.5 (2-20)

(2-21)

(2-22) (2-23)

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