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换热器设计选型的过程流程是怎么样的?

2013/12/12 10:05:49  来源:admin  发布者:admin

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换热器设计选型的过程流程是怎么样的?通常情况下我们进行换热器设计和换热器选型时都要知道进行设计换热器或者选取换热器时的相关步骤流程,以下简单介绍下换热器设计相关流程:
换热器设计方案的选择

1.换热器选型型式的选择
 
 
在乙醇精馏过程中塔顶一般采用的换热器为列管式换热器,故初步选定在此次设计中的换热器为列管式换热器。
 
 
列管式换热器的型式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。
在乙醇精馏的过程中乙醇是在常压饱和温度下冷凝,进口温度为76℃,出口温度为45。冷却介质为水,入口温度为24℃,出口温度为36℃,两流体的温度差
不是很大,再根据概述中各种类型的换热器的叙述,综合以上可以选用固定管板式换热器。
 

2.流体流速的选择
 
 
流体流速的选择涉及到传热系数、流动阻力及换热器结构等方面。增大流速,可加大对流传热系数,减少污垢的形成,使总传热系数增大;但同时使流
动阻力加大,动力消耗增多;选择高流速,使管子的数目减小,对一定换热面积,不得不采用较长的管子或增加程数,
管子太长不利于清洗,单程变为多程使平均传热温差下降。因此,一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。

选择流速时,应尽可能避免在层流下流动。

由于使用的冷却介质是井水,比较容易结垢,乙醇则不易结垢。水和乙醇的粘度都较小,参考以上三个数据可以初步选定管程流速为
0.9m/s,壳程流速为7m/s。
 

3.流体出口温度的确定
 
 
冷却介质水的入口温度24℃,出口温度为36℃,故,可以求得水的定性温度为:Tm=30℃
 
 
热流体乙醇在饱和温度下冷凝,故可以确定入口温度和出口温度相同,故乙醇的定性温度Tm=60.5℃。
 

4.管程数和壳程数的确定
 
 
当换热器的换热面积较大而管子又不能很长时,就得排列较多的管子,为了提高流体在管内的流速,需将管束分程。
但是程数过多,导致管程流动阻力加大,动力能耗增大,同时多程会使平均温差下降,设计时应权衡考虑。管壳式
换热器系列标准中管程数有1、2、4、6 四种。采用多程时,通常应使每程的管子数相等。
 
管程数N按下式计算:
N=u/v 式中
 
u——管程内流体的适宜流速;
 
 
V——管程内流体的实际流速。


换热器工艺设计计算
 
1.确定物性数据
 
 
水的定性温度为Tm,乙醇的定性温度为Tm1


2.热负荷及传热面积的确定
 
(1)计算热负荷
 
冷凝量
 
热负荷Q1=r
 
(2)计算冷却水用量
 
换热器损失的热负荷:以总传热量的3%计;
 
则Q2=q/(1-0.03)
 
水的流量可由热量衡算求得

(3)计算有效平均温度差:逆流温差℃。
 
(4)选取经验传热系数K值
根据管程走循环水,壳程走乙醇,总传热系数K现暂取:
 
(5)估算换热面积
 
 
3.换热器概略尺寸的确定
 
管径和管内流速
 
选用Φ25×2.5mm较高级冷拔传热管(碳钢),取管内流速u1=0.8m/s。
 
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
 
按双程管计算,所需的传热管长度为
 
按双程管设计,传热管适中,可以用双管程结构。根据本设计实际情况,现取传热管长l=4m,则该换热器的管程数为
 
传热管总根数N=38×2=76(根)
 
4.平均传热温差校正及壳程数
 
平均温差校正系数有: R P
 
双壳程,双管程结构,查得ε=0.923
 
平均传热温差
 
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,故取双壳程合适。
 
5.壳体内径
 
则横过管数中心线管的根数
 
在计算壳体内径时可用公式:
 
D=t b
取传热管外径,则:
 
D
 
按卷制壳体的进级档,可取D

 
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20%,则切去的圆缺高度为h。
 
 
取折流板间距B=0.3D
 
折流板数
 
N=传热管长/折流板间距-1
 
6.面积与总传热系数核算
 
(1)壳程表面传热系数
 
 
(2)管内表面传热系数
有公式:
 
管程流体流通截面积
 
管程流体流速
 
普朗特数Pr 则ai
 
(3)污垢热阻和管壁热阻
 
管外侧污垢热阻
 
所以管内侧污垢热阻

管壁热阻计算,碳钢在该条件下的热导率
 
(4)传热系数K 
 
依传热系数公式
 
(5)传热面积裕度
 
可得所计算传热面积Ap为:
 
该换热器的实际传热面积为

该换热器的面积裕度为
 
(6)压降校核
 
a.计算管程压降
 
(结垢校正系数,管程数,壳程数)
 
取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm,则,而Rei=9700,于是
 
对的管子有<Pa 故, 管程压降在允许范围之内。
 
b.计算壳程压降
 
按式计算

流体流经管束的阻力F
 
壳程流体流速及其雷诺数分别为:
 
取流体流过折流板缺口的阻力, B , D
 
总阻力
 
 

设计评述
 
 
通过分析管壳式换热器壳程传热与阻力性能特点,说明在采用能量系数K/N来评价强化传热时,应更着眼于提高其换热性能。本设计中:
,满足要求,性能良好。本设计通过对面积校核,压降校核,等计算可知均满足要求,且传热效率符合要求,能很好的完成任务。
 
经济和环境效益评价:生命周期方法是一种针对产品或生产工艺对环境影响进行评价的过程,
它通过对能量和物质消耗以及由此造成的废弃物排放进行辨识和量化,来评估能量和物质利用对环境的影响
,以寻求对产品或工艺改善的途径。这种评价贯穿于产品生产、工艺活动的整个生命周期
,包括原材料的开采和加工、产品制造、运输、销售、产品使用与再利用、维护、再循环及最终处置。设计中使
用水作冷却剂,无污染,耗资少,无有害气体产生,整个过程简单,易操作,环境和经济效益良好。
 
 
本设计中面积,传热系数,压降等均有比较好的裕度保证,即使生产使用中出现比较大的误差,
设备结构也能保证不出现打的安全损伤的事故,具有良好可靠的安全保证。
 
综上所述,依据物料的属性及进出口压力和温度变化要求,综合预选择材料的在物料中的换热系数,计算出需要换热器的换热面积。依据几种流程1、预先假设换热器公称直径2、选择管子大小尺寸3、布管4、计算出换热管长度5、评估,管束长度与直径比例合适的话就定型,否则依据结果重新假设6、强度计算7、出图。进行换热器设计选型。http://www.gzuar.com/

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