換熱器的傳熱系數(shù)k(編輯修改稿)
2024-07-25 01:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 。 繪制主要零部件圖。 三、編制計(jì)算結(jié)果匯總表 四、繪制換熱器裝配圖五、提出技術(shù)要求六、編寫設(shè)計(jì)說明書第二節(jié) 列管式換熱器的工藝設(shè)計(jì) 一、換熱終溫的確定 換熱終溫對換熱器的傳熱效率和傳熱強(qiáng)度有很大的影響。在逆流換熱時(shí)，當(dāng)流體出口終溫與熱流體入口初溫接近時(shí)，熱利用率高，但傳熱強(qiáng)度最小，需要的傳熱面積最大。 為合理確定介質(zhì)溫度和換熱終溫，可參考以下數(shù)據(jù)： 熱端溫差（大溫差）不小于20℃。 冷端溫差（小溫差）不小于5℃。 在冷卻器或冷凝器中，冷卻劑的初溫應(yīng)高于被冷卻流體的凝固點(diǎn)；對于含有不凝氣體的冷凝，冷卻劑的終溫要求低于被冷凝氣體的露點(diǎn)以下5℃。 二、平均溫差的計(jì)算 設(shè)計(jì)時(shí)初算平均溫差Dtｍ，均將換熱過程先看做逆流過程計(jì)算。 對于逆流或并流換熱過程，其平均溫差可按式（2－1）進(jìn)行計(jì)算： （2—1）式中， 、 分別為大端溫差與小端溫差。當(dāng) 時(shí)，可用算術(shù)平均值 。 對于錯(cuò)流或折流的換熱過程，若無相變化，則要進(jìn)行溫差校正，即用公式（2－2）進(jìn)行計(jì)算。 （2－2）式中 是按逆流計(jì)算的平均溫差，校正系數(shù) 可根據(jù)換熱器不同情況由化工原理教材有關(guān)插圖查出。一般要求 ＞，否則應(yīng)改用多殼程或者將多臺(tái)換熱器串聯(lián)使用。 三、傳熱總系數(shù)Ｋ的確定 計(jì)算Ｋ值的基準(zhǔn)面積，習(xí)慣上常用管子的外表面積 。當(dāng)設(shè)計(jì)對象的基準(zhǔn)條件（設(shè)備型式、雷諾準(zhǔn)數(shù)Re、流體物性等）與某已知Ｋ值的生產(chǎn)設(shè)備相同或相近時(shí)，則可采用已知設(shè)備Ｋ值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為自己設(shè)計(jì)的Ｋ值。表2－1為常見列管式換熱器Ｋ值的大致范圍。由表2－1選取大致Ｋ值， 表21 列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值冷流體熱流體總傳熱系數(shù)W/m2.℃水—水8501700水—?dú)怏w17280水—有機(jī)溶劑280850水—輕油340910水—重油60280有機(jī)溶劑—有機(jī)溶劑115340水—水蒸汽冷凝14204250氣體—水蒸汽冷凝30300水—低沸點(diǎn)烴類冷凝4551140水沸騰—水蒸蒸汽冷凝20004250輕油沸騰—水蒸汽4551020用式（2－3）進(jìn)行Ｋ值核算。 （2－3）式中：a－給熱系數(shù)，W/m2.℃； R－污垢熱阻，m2.℃／W； δ－管壁厚度，mm； λ－管壁導(dǎo)熱系數(shù)，W/m.℃；下標(biāo)ｉ、ｏ、ｍ分別表示管內(nèi)、管外和平均。當(dāng) 時(shí)近似按平壁計(jì)算，即：在用式（2－3）計(jì)算Ｋ值時(shí)，污垢熱阻 、 通常采用經(jīng)驗(yàn)值，常用的污垢熱阻大致范圍可查《化工原理》相關(guān)內(nèi)容。 式中的給熱系數(shù)a，在列管式換熱器設(shè)計(jì)中常采用有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)值公式計(jì)算給熱系數(shù)a，工程上常用的一些計(jì)算a的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式在《化工原理》已作了介紹，設(shè)計(jì)時(shí)從中選用。 四、傳熱面積A的確定 工程上常將列管式換熱器中管束所有管子的外表面積之和視為傳熱面積，由式（2－4）和式（2－5）進(jìn)行計(jì)算。 （2－4） （2－5）式中： － 基于外表面 的傳熱系數(shù)，W/m2.℃ －管子外徑，ｍ； L－每根管子的有效長度，ｍ； n－管子的總數(shù) 管子的有效長度是指管子的實(shí)際長度減去管板、擋板所占據(jù)的部分。管子總數(shù)是指圓整后的管子數(shù)減去拉桿數(shù)。 五、主要工藝尺寸的確定 當(dāng)確定了傳熱面積 后，設(shè)計(jì)工作進(jìn)入換熱器尺寸初步設(shè)計(jì)階段，包括以下內(nèi)容： 管子的選用。 選用較小直徑的管子，可以提高流體的對流給熱系數(shù)，并使單位體積設(shè)備中的傳熱面積增大，設(shè)備較緊湊，單位傳熱面積的金屬耗量少，但制造麻煩，小管子易結(jié)垢，不易清洗，可用于較清潔流體。大管徑的管子用于粘性較大或易結(jié)垢的流體。 我國列管式換熱器常采用無縫鋼管，規(guī)格為外徑壁厚，常用的換熱管的規(guī)格：φ192，φ25，φ383。 管子的選擇要考慮清洗工作的方便及合理使用管材，同時(shí)還應(yīng)考慮管長與管徑的配合。國內(nèi)管材生產(chǎn)規(guī)格，長度一般為：，2，3，5，6，9，12ｍ等。換熱器的換熱管長度與殼徑之比一般在6－10，對于立式換熱器，其比值以4－6為宜。 殼程和殼程壓力降，流體在換熱器內(nèi)的壓降大小主要決定于系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，而系統(tǒng)的運(yùn)行壓力是靠輸送設(shè)備提供的。換熱器內(nèi)流體阻力損失（壓力降）越大，要求輸送設(shè)備的功率就越大，能耗就越高。對于無相變的換熱，流體流速越高，換熱強(qiáng)度越大，可使換熱面積減小，設(shè)備緊湊，制作費(fèi)低，而且有利于抑制污垢的生成，但流速過高，也有不利的一面，壓力降增大，泵功率增加，對傳熱管的沖蝕加劇。因此，在換熱器的設(shè)計(jì)中有個(gè)適宜流速的選取和合理壓力降的控制問題。 一般經(jīng)驗(yàn)，對于液體，～，對于氣體，～。 表2－2列出了換熱器不同操作條件壓力下合理壓降的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，供設(shè)計(jì)參考。 表2－2 列管換熱器合理壓降的選取換 熱 器操作情況負(fù)壓運(yùn)行低壓運(yùn)行中壓運(yùn)行（包括用泵輸送液體）較高壓運(yùn)行PP操作壓力（MPa絕壓）P=0～P=～P＝～P=～P=～合理壓降（MPa）DP＝P/10DP＝ｐ/2DP=△ｐ=～△ｐ=～ 管子總數(shù)n的確定。對于已定的傳熱面積，當(dāng)選定管徑和管長后便可求所需管子數(shù)ｎ，由式（2－6）進(jìn)行計(jì)算。 1
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