一、换热终温的确定
换热终温对换热器的传热效率和传热强度有很大的影响。在逆流换热时,当流体出口终温与热流体入口初温接近时,热利用率高,但传热强度小,需要的传热面积大。
为合理确定介质温度和换热终温,可参考以下数据:
1、热端温差(大温差)不小于20℃。
2、冷端温差(小温差)不小于5℃。
3、在冷却器或冷凝器中,冷却剂的初温应高于被冷却流体的凝固点;对于含有不凝气体的冷凝,冷却剂的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃。
二、平均温差的计算
设计时初算平均温差Dtm,均将换热过程先看做逆流过程计算。
1、对于逆流或并流换热过程,其平均温差可按式(2-1)进行计算:
(2—1)
式中, 、 分别为大端温差与小端温差。当 时,可用算术平均值 。
2、对于错流或折流的换热过程,若无相变化,则要进行温差校正,即用公式(2-2)进行计算。
(2-2)
式中 是按逆流计算的平均温差,校正系数 可根据换热器不同情况由化工原理教材有关插图查出。一般要求 >0.8,否则应改用多壳程或者将多台换热器串联使用。
三、传热总系数K的确定
计算K值的基准面积,习惯上常用管子的外表面积 。当设计对象的基准条件(设备型式、雷诺准数Re、流体物性等)与某已知K值的生产设备相同或相近时,则可采用已知设备K值的经验数据作为自己设计的K值。表2-1为常见列管式换热器K值的大致范围。由表2-1选取大致K值,
冷流体 |
热流体 |
总传热系数W/m2.℃ |
水 |
水 |
850-1700 |
水 |
气体 |
17-280 |
水 |
有机溶剂 |
280-850 |
水 |
轻油 |
340-910 |
水 |
重油 |
60-280 |
有机溶剂 |
有机溶剂 |
115-340 |
水 |
水蒸汽冷凝 |
1420-4250 |
气体 |
水蒸汽冷凝 |
30-300 |
水 |
低沸点烃类冷凝 |
455-1140 |
水沸腾 |
水蒸蒸汽冷凝 |
2000-4250 |
轻油沸腾 |
水蒸汽 |
455-1020 |
用式(2-3)进行K值核算。
(2-3)
式中:a-给热系数,W/m2.℃;
R-污垢热阻,m2.℃/W;
δ-管壁厚度,mm;
λ-管壁导热系数,W/m.℃;
下标i、o、m分别表示管内、管外和平均。
当 时近似按平壁计算,即:
在用式(2-3)计算K值时,污垢热阻 、 通常采用经验值,常用的污垢热阻大致范围可查《化工原理》相关内容。
式中的给热系数a,在列管式换热器设计中常采用有关的经验值公式计算给热系数a,工程上常用的一些计算a的经验关联式在《化工原理》已作了介绍,设计时从中选用。
四、传热面积A的确定
工程上常将列管式换热器中管束所有管子的外表面积之和视为传热面积,由式(2-4)和式(2-5)进行计算。
(2-4)
(2-5)
式中: - 基于外表面 的传热系数,W/m2.℃
-管子外径,m;
L-每根管子的有效长度,m;
n-管子的总数
管子的有效长度是指管子的实际长度减去管板、挡板所占据的部分。管子总数是指圆整后的管子数减去拉杆数。