东华科技-三井化学杯-化工原理设计大赛-原料预热器设计
来源:工作总结 发布时间:2020-08-28 点击:
原料预热器设计
3.3.1 工艺设计计算 3.3.1.1 估算传热面积 (1)换热器的热流量 换热器的热流量是指在确定的物流进口条件下,使其达到规定的出口状态,冷流体和热流体之间所交换的热量,或是通过冷、热体的间壁所传递的热量。
在热损失可以忽略不计的条件下,对于无相变的物流,换热器的热流量由下式确定:
(4.1.1)
式中 —热流量.W; —工艺流体质量流量,kg/s —工艺流体的定压比热容 kJkg -1 k -1 —工艺流体温度变化,K 15 106.160.442333600mq
Kg/s =t 2 -t 1 =162-20=142 K 热流量 0.44233 1.93 142 121.23m pq C t KJ/s=121.23KW (2)对于有相变化的单组份饱和蒸汽冷凝过程,其热流量衡算可表示为 h hD r
式中 hD—蒸汽冷凝质量流量,kg/s
hr—饱和蒸汽冷凝热,kJ/kg 则加热水蒸气的用量121.230.06091990.6hhDr
Kg/s (3)平均传热温差 平均传热温差是换热器的传热推动力。其值不但和流体的进出口温度有关,100 0
而且还与换热器内两种流体的流型有关。对于列管式换热器,常见的流型有 3种:并流、逆流和折流。对于并流和逆流,平均传热温差均可用换热器两端流体温度的对数平均温差表示, 即 :
1 212lnmt tttt
式中 m t ——逆流或并流的平均传热温差,K;
1 t
2 t ——根据流型计算; 折流情况下的平均传热温差可先按纯逆流情况计算,然后加以校正,即
式中
m t ——折流情况下的平均传热温差,K;
t
——温度校正系数; 由于在相同德流体进出口温度下,逆流流型具有较大的传热温差,所以在工程上,若无特殊需要,均采用逆流。则平均传热温差按逆流计算得 1 212(187.8 20) (187.8 162)187.8 20lnln187.8 162mt tttt =75.8 ℃ (4)估算传热面积 在估算传热面积时,可以根据冷热流的具体情况,参考换热器传热系数的大致范围,假设一 K 值,估算传热面积 A p 为
(4.1.5)
式中
A p ——估算传热面积,m 2 ;
K——假设传热系数系数,W/(m 2 ·k);
m t ——平均传热温差,K 假设 k=600 wm -1 k -1 ,则估算得传热面积为 3121.23 102.67600 75.8pmAK t m 2 3.3.1.2. . 选择管径和管内流速 由于管长及管程数均和管径及管内流速有关,故应首先确定管径及管内流速。目前国家内常用的换热管规格和尺寸偏差见表 6
表 12. 常用换热管的规格 材料 钢管标准 外径×厚度/(mm×mm) Ⅰ级换热器 Ⅱ级换热器 外径偏差/mm 壁厚偏差 外径偏差/mm 壁厚偏差 碳钢 GB8163 10×1.5 0.15 +12% -10% 0.20 +15% -10% 14×2 19×2 25×2 25×2.5 0.20 0.04 32×3 38×3 45×3 0.30 0.45 57×3.5 0.8% 10% 1% +12%,-10% 不锈钢 GB2270 10×1.5 0.15 +12% -10% 0.20 15% 14×2 19×2 25×2 0.20 0.40 32×2 38×2.5 45×2.5 0.30 0.45 57×3.5 0.8% 1%
若选择较小的管径,管内表面传热系数可以提高,而且对于同样的传热面积来说可以减小壳体直径。但管径小,流动阻力大,清洗困难,设计可根据具体情况用适宜的管径。
管内流速的大小对表面传热系数及压力降的影响较大,一般要求所选的流速应使流体处于稳定的湍流状态,即雷诺指数大于 10000,对于传热热阻较大的流体后易结垢流体应选取较大的流速。另外还要考虑在所选的流速下,换热器应有适当的管长和管程数,并保证不会由于流体的动力冲击导致管子强烈振动而损坏换热器。