【文章內(nèi)容簡介】 進出口溫度分別為 32C? 、 40C? ， 水的定性溫度 取進出口平列管式換熱器設計說明書 16 均溫度 mT =36C? 。 兩流體的溫差 mm 44Tt C???,故選用固定管板式列管換熱器。 兩流體在定性溫度下的物性溫度 物性 物體 溫度 C? 密度 ㎏/m179。 粘度 mPa?s 比熱kJ/(kg K) 導熱系數(shù)W／ (m K) 汽化熱kJ/kg 95%乙醇 80 水 36 計算熱負荷 Q 因為乙醇蒸汽的質(zhì)量分數(shù) xD=95%,所以蒸汽的汽化熱 r還應考慮水蒸氣的汽化熱。 乙醇的質(zhì)量流量： 71 1 . 5 1 0 0 . 5 2 6 0 9 4 /3 3 0 2 4 3 6 0 0?????mq k g s 95%乙醇的比熱： 12r 5 r 5 r 5 851 .28 1 5 23 07 .8 921 .98 k J / k? ? ? ? ? ? ? ? ? 總熱負荷 ：1 r = 0. 52 60 94 92 1 .9 8 48 5. 04 4 K J/kg總 ? ? ?mQq 因為要考慮熱損失， η =95%， 則 Q 95 % 48 5. 04 4 95 % 46 0. 79 2 K J/kg總有 效 ? ? ? ? ?Q 水的流量 水的 質(zhì)量 流量 1 2 , 2 1 2r ( )? ? ?m m pQ q q C t t 32 3, 2 2 1 4 6 0 . 7 9 2 1 0 1 3 . 7 9 9 k g /s( ) 4 . 1 7 4 1 0有 效 （ 4032 ）?? ? ???m p Qq C t t 列管式換熱器設計說明書 17 體積流量 32v2 2q 0 .0 1 3 8 9 m / s???mq 計算平均溫差 ? ? ? ?12m 12T t T tt 39。 TtlnTt? ? ?????? ℃ m t m mt φ t 39。=1 t 39。 43. 879 ℃? ??? ? ? ? 估算換熱面積 及初選型號 管子根數(shù)的計算 根據(jù)經(jīng)驗值，假設 2K 370 / ( mW??℃ ）, 由 mQ tKS??可以算出m2Q 4 6 0 7 9 5 . 7 4K t 3 7 0 4 3 . 8 7 9S 2 8 . 3 8 2 m????? 取 l=12 m， PN =2， 12 62? ? ?PILmN,管子外徑 25?d mm 管子根數(shù)： 2 8 . 3 8 2n 6 0 . 2 5 93 . 1 4 0 . 0 2 5 6?? ? ? ???AdL 因此，取管子根數(shù) n 60? 根 將式 22??mq nuA 變換為 22??mqA nu ，計算出換熱管的橫截面積421 3 .7 9 9 2 .3 1 4 6 1 09 9 3 .6 6 0 ?? ? ??A m m 由此計算換熱管內(nèi)徑： 44 4 2 .3 1 4 6 1 0 0 .0 1 7 13 .1 4????? ? ?i Adm 列管式換熱器設計說明書 18 所以選取換熱管 25 ?? 。 初選 9B E M 4 0 0 2 .5 3 0 2 25 Ⅰ? ? ? ?型號的 固定管板換熱器 公稱直徑 D 400 mm 公稱面積 S 30 m2 計算面積 S m2 管程數(shù) 2 管數(shù) n 60 管長 L 6 m 管子直徑 25 ?? 管子排列方式 正三角排列 實際傳熱面積與傳熱系數(shù)的計算 因此可以計 算 換熱器的實際換熱面積 ? ?0 20 π d L 0 . 1 6 0 3 . 1 4 0 . 0 2 5 5 . 9 2 7 . 7 9 mSn ? ? ? ? ? ?? 該換熱器要求的總傳熱系數(shù)為 0 0 2mQ 4 6 0 7 9 2 . 7 4K S t 2 7 . 7 9 3 7 7 . 9 243. W / (879 m)??? ? ?? K 列管式換熱器設計說明書 19 設計校核 總傳熱系數(shù) 0K 的校核 i? 2m2v2 qq 0 .0 1 3 8 9 m / sρ?? 222i 3in π 60 πA0= d 9 . 4 2 1 0 . 0 22 4 2 4 m???? ?? v2i 3iq 0 .0 1 3 8 9u A 9 .4 1 .421 7 5 /0 4 m s?? ? ?? iii 3 4du ρ 1 . 4 7 4 5 0 . 0 2 9 9 3 . 6μ 0 . 7 1 2R e 4 . 12 1 0 1 1 0???????? 33pi c μ 4 . 1 7 4 1 0 0 . 7 1 2 2 1 0λ 0 . 6 Pr 276 4 . 7 3 7?? ? ???? 0 . 8 0 . 4 2i 0 . 6 2 7 6α R e P r 6 6 0 1 . 5 W / 02 0 . 0 3 ? ? ?? （ ℃ ） ： 在《化學工程手冊》中可以查取井水和乙醇的污垢熱阻 Rsi、 Rso以 碳素鋼的熱傳導系數(shù)λ。 井水： 2siR 1 / 43 00 m / WK?? 乙醇蒸汽： 2soR 1 / 86 00 m / WK?? 碳素鋼的熱傳導系數(shù)： 245 W / m? ??K 列管式換熱器設計說明書 20 0K 由于殼程內(nèi)流體 是通過 相變 傳熱 ，且酒精是通過管壁上的液膜傳熱給冷卻水， 假設壁溫為 48℃ ,則殼體內(nèi)的定性溫度為 80 48t 642???℃。 在 64℃ 下 乙醇的 物性參數(shù) 為 ： 312r 0 .9 5 + 0 .0 5 r = 0 .9 5 2 0 8 .7 2 8 4 .1 8 6 7 + 0 .0 5 2 3 4 5 .7 4 = 9 4 7 .4 7 1 0 J / k g? ? ? ? ?r 3120 . 9 5 0 . 0 5 0 . 9 5 7 5 0 0 . 0 5 9 8 0 . 1 7 6 1 . 5 0 5 k g / m? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? 3120 . 9 5 0 . 0 5 0 . 9 5 0 . 5 9 5 0 . 0 5 0 . 0 6 3 5 1 0? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 30. 59 7 10 P a s?? ? ? 0. 13 85 0. 86 0. 95 0. 5 0. 43 8 0. 13 51 W / m（ K ）? ? ? ? ? ? ? ? 因為是立式 冷凝 器，殼程為乙醇蒸汽冷凝傳熱，設蒸汽在管殼內(nèi)為層流，則選用下式計算 0? 。 ? ?? 1/ 40 23ρ gλ rμ ( ) 2 3 3 1 / 4 237 6 1 . 5 0 5 9 . 8 1 0 . 1 3 5 1 9 4 7 . 4 7 1 0 )0 . 5 9 7 1 0 6 （ 8 0 4 8 ）1 . 1 3 ( 6 5 9 . 3 9 6 W / m（ K ）?? ? ? ??? ?? ??? 流型檢驗 : ??? ? ? ????? ??334 l t 4 6 5 9 . 3 9 6 6 3 2r μ 9 4 7 . 4 7 1 0 0 8 9 5 . 2 9 8. 5 9 7 1 0 2 0 0 0 所以 流型 假設成立，蒸汽在殼程內(nèi)為層流。 核算總傳熱系數(shù) K0 ? ? ? ? ?0 0 0s 0 s i0 0 i i m id b d d11 RRK α α d λ dd 列管式換熱器設計說明書 21 ?? ? ? ? ???? 1 0 . 0 2 5 0 . 0 0 2 5 0 . 0 2 5 1 1 0 . 0 2 56 5 9 . 3 9 6 6 6 0 1 . 5 0 . 0 2 4 5 0 . 0 2 2 5 8 6 0 0 4 3 0 0 46 10 (m ) / WK?? ? ? 所以 20K W / m（ K）?? 校核壁溫 根據(jù) ????wms000T t t11Rα K核算 wt 值 ? ??w80 t 1 1 8600 ?wt ℃ 與假設 ?wt 48 ℃ 相差甚微，原假設合理。取 20K W / m（ K）?? 核算裕度 需要的換熱面積： 30mQ 4 6 0 . 7 9 2 1 0K t 4 5 9A . 8 5 6 4 3 . 8 7 9?? ?? ?需 ∴ 面積裕量在 10%25%之間， 該 冷凝 器換熱面積裕度符合要求。 核算 壓降 因為殼程為蒸汽在等溫等壓下冷凝傳熱，壓降忽略，故只需用下式計算管程的壓降 ?? ? ? ? ?i 1 2 t p sP ( P P )F N N 100%A %AA ??? 需需列管式換熱器設計說明書 22 前面已算得 ?u m / s ， ??4Re 10 對于碳鋼， 取 粗糙度為 ? ? ，則 ??ε d 20 ， 由摩擦系數(shù)圖查得? ? ，所以 ??? 21 ii ρ uldP 2 ??? ??? 326 9 9 3 . 6 1 . 4 7 4 50 . 0 2 2 0 . 0 2 5 8 . 1 1 0 P a ? ? ? ? ? ? ?? 32i22ρ u 9 9 3 . 6 1P 3 3 3 ..47 2 4 1452 02 Pa 對于 25 ? ? 的管子 Ft= 且 Np=2， Ns=1， 所以 ?? ? ? ? ?i 1 2 t p sP ( P P )F N N ? ?338 . 1 10 3 . 2 4 10 1. 4 2 1? ? ? ? ? ? ? 10 Pa 10? ? ? 由上面的計算可以判斷，設計的列管式換熱器 壓降符合要求，所以前面所選的 換熱器 合格。 6 設備尺寸的確定及強度校核 計算圓筒厚度 圓筒厚度的確定 殼體選用 16MnR 鋼， 采用 雙面焊及局部無損探傷（ ? ? ）， 查 ?化工容器設計 ?可知， 列管式換熱器設計說明書 23 ??? ?????cit cd2PD2 ζ PtC ??n d 1t t C td— 設計厚度 。 t?????— 設計溫度下材料的許可應力 。 C1— 鋼材厚度負偏差，取 mm 。 C2— 腐蝕裕量，取 1 mm（輕度腐蝕） 。 C— 厚度附加量， ? ? ?12C C C m m。 Pc— 計算壓力 。 代入數(shù)據(jù)得 2 . 5 4 0 02 1 7 0 0 . 8 5 2 . 5t 1. 8 5 . 3 m m? ? ??? ? ? 查取 GB1501998 nt 8 mm? 滿足要求。 液壓 實驗 ? ? ? ?TcP 5P 5 2 .5 3 .1 25 M Pa ? ? ? ?? ???? ? ?? ????? ?T i eeT3 . 1 2 5 4 0 0 8 1 . 8PD δ2δ 2 ( 8 1 . 8 ) ? ???s0 . 9 0 . 9 3 4 5 3 10 . 5 ??? ,圓筒厚度 符合 液壓 測試的強度要求。 封頭設計 封頭 選用 16MnR 材料的標準橢圓封頭 列管式換熱器設計說明書 24 查 GB15098 鋼制壓力容器可知：受內(nèi)壓標準橢圓封頭的計算厚度按以下公式計算： ? ??? ?? ???citcPDδ2 ζ P 查《化工設備設計》 16MnR 的 ?????tζ 170 ，將