2


443 360 100 ％ 20.2 ％ 360
故所选择的换热器是合适的。
四、核算压强降
1 ）计算管程压强降
P P P F N
i
1 2
t
p
Ns
4
前面已算出： u i 0.925 m s ， Re i 1.6225 10 （湍流） 取不锈钢管壁粗糙度
80 40 60 ℃ 2 25 30 水的定性温度： t m 27.5 ℃ 2
两流体的温差： Tm t m 60 27.5 32.5 ℃ 由于两流体温差不大于 50℃，故选用固定管板式列管换热器.查手册知:
两流体在定性温度下的物性数据如下: 物性 密度 流体 苯 水 836.6 996.35 1.828 4.176 0.381 0.852 0.151 0.613 ㎏/m
， 1
，

其中 Fs 1.15，Ns 1，P Ff 0 nc N B 1 管子为正三角形排列，取 F=0.4
u0 2
2
nc 1.19 n 1.1 108 12
取折流挡板间距 h 0.15m 折流挡板数： N B
L 4.5 1 1 29 0.15 h
4．计算两流体的平均温度差
暂按单壳程、多管程进行计算，逆流时平均温度差为：
t m
，
t 2 t1 80 30 40 25 29.07 C 80 30 t 2 ln ln (40 25) t1
而
P
t 2 t1 30 25 0.091 T2 T1 80 25
u0
Vs 114000000 0.22m / s A0 3600 300 24 863.6 0.0244
由正三角形排列得：
de
4(
3 2 2 3 3.14 0.032 2 0.019 2 ) t d0 ) 4 ( 2 4 2 4 0.05m d 0 3.14 0.019
取管长为 4.5m, 则管程数： N p 取管程数为 4
Li 17.27 3.8 L 4.5
所以总管数： n N p ni 4 28 108根 据此初选固定管板式换热器规格尺寸为： 壳 径 D 600 ㎜ 4 108 管 子 尺 寸 管 长L 管子排列方法 Φ19×2mm 4.5 m 正三角形
3
比热KJ/(㎏· C)
o
粘度 mPa·s
导热系W/(m· C)
o
3．计算热负荷和冷却水流量 Q Wh C ph T1 T2 Wc 1.14 10 8 1.828 10 3 (80 40) / 3600 3.22 10 5 W 300 24
Q 322000 3600 15.4kg / h Cp (t 2 t1) 4.176 103 (30 25)
2
壳程流通面积 A0 hD nc d 0 0.15 0.4 12 0.019 0.025m
u0
Vs 114000000 0.2m / s A0 3600 300 24 836.6 0.025
Re 0
d 0u0


0.019 0.2 836.6 8344 ＞ 500 0.381 10 3
d 0.019 2 A0 hD1 0 0.15 0.4 1 0.0244m t 0.032
式中 h 折流挡板间距，取 300 mm ； t 管中心距，对 25 2.5mm ， t 32mm 。 因为 WC 15.4kg / h 所以
（与假设相一致 合
Re i
d i ui



0.015 0.925 996.325 1.6225 10 4 湍流 0.852 10 3
Pri
Cp

4.176 10 3 0.852 10 3 5.8 0.613
图 所以
壳程摩擦系数 f 0 与 Re 0 的关系
-6-
苯
Re 0
d eu0

3

0.05 0.22 836.6 24154 0.381 10 3
6
因为 Re 0 在 2 10 ～ 1 10 范围内，故可用下式计算 0
0 0.36

de
Re 0 0.55 Pr0 3 Pr0
1
Cp


P 7710 1334 1.15 1 10401Pa
0
由上面计算可知，该换热器管程与壳程的压强均满足题目要求，故所选换热器合适。
-5-
项 目 流量，㎏/s 温度，℃（进/出） 定性温度，℃ 密度，㎏/m3 物 比热，kJ/㎏℃ 粘度，Pa·s 性 导热系数，kJ/m℃ 结 构 参 数 普兰特数 壳体外径， mm 管径， mm 管长，m 管数 传热面积，㎡ 管程数 主要计算结果 流速，m/s 污垢热阻,(㎡·℃)/W 传热系数，W/（㎡·℃）
Rsi 0.0002m 2 C / W (有机液体），Rso 0.00017m 2 C / W（井水）4 ）总传热系
-3-
数 K0 因为苯为有机物，管子材料选用不锈钢，取其导热系数为 w 16.5W / (m·oC)，总传热系数
K 0 为： K0 1 1 d0 d 0 di i d i 1
-2-
i 0.023
0.023

di
Re 0.8 Pri (苯被加热）
0 .3
0.613 0 .4 (1.6225 10 4 ) 0.8 5.8 0.015 4432W / m 2 C


2）计算壳程对流传热系数 0 换热器中心附近管排中流体流通截面积为：
5.0 8344 0.228 0.64
f 0 5.0 Re 0
， 1
0.228
836.6 0.2 2 7710 Pa 所以 P 0.4 0.64 12 29 1 2
2 2h u 0 2 0.15 836.6 0.2 ， P2 N B 3.5 29 3.5 1334 Pa D 2 0.4 2 2
管 程 数 Np 管子总数 n
三
核算总传热系数
1 ）计算管程对流传热系数 i
Ai
ui
适）
108 0.015 2 n d i2 0.00477 m 2 4 4 4 4
Vs 114000000 0.925 m s Ai 0.00477 300 24 3600 996.325
2
P2 3
ui 2
2
3
996.325 0.925 5115Pa 2
2
对于 19 2mm 的管子 4，Ns=1
P 4322 5115 1.4 4 1 52847 Pa
i
-4-
2 ）计算壳程压强降
0
P P
， 1
P2 Fs Ns
1.828 10 3 0.381 10 3 4.6 0.151
壳程中水被加热，取 1.05 ，
所以
0 0.36
0.151 (24154) 0.55 (4.6) 3 1.05 484 W / m 2 C 0.05
1
3 ）确定污垢热阻
管内、外侧污垢热阻分别取为：
二．初选总传热系数 K
根据低温流体为水，高温流体为有机物（参见《化工原理》P355）有K值的范围：430～ 850W/( m ·oC）,
2
假设 K 400W / m C
2


又因为苯走管程且初选 19 2.mm ，L= 4.5m 的列管，所以设 u i 0.9m / s 由 V ui
壳程（循环水） 15.4 25/30 27.5 996.325 4.176 0.825×10-3 0.613 5.29 600 Ф19×2 4.5 108 108.4 4 壳程 0.925 2.0× 10 4 10401
管程（苯） 9.25 80/40 60 836.6 1.828 0.318×10-3 0.151 5.27 台数 壳程数 管心距，㎜ 管子排列 折流板数 折流板距，m 材质 0.22 1.7× 10 4 4432 1 1 32 正三角形排列 29 0.3 不锈钢 管程
工艺计算算例
一、设计题目：
设计一台换热器
二、操作条件：
1、苯：入口温度 80℃，出口温度 40℃。 2、冷却介质：循环水，入口温度 25℃，出口温度 30℃。 3、允许压强降：不大于 60kPa。 4、每年按 300 天计，每天 24 小时连续运行。
三、设备型式：
管壳式换热器
四、处理能力：
114000 吨/年苯
0

Rso Rsi
1 19 19 1.7 10 4 2.0 10 4 484 15 4432 15 2 360W / m C
由前面计算可知，选用该型号换热器时，要求过程的总传热系数为 443W / m C ，在传热
2


任务所规定的流动条件下，计算出的 K 0 为 526W负荷 1. 流体流动途径的确定
本 换 热 器 处 理 的 是 两 流 体 均 不 发 生 相 变 的 传热过程，且均不易结垢，根据两流体的 情况，故选择苯走换热器的管程，循环水走壳程。
2.确定流体的定性温度、物性数据
冷却介质为循环水，取入口温度为：25 ℃，出口温度为：（25＋5～10） ℃ 苯的定性温度： Tm