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列管式油预热器的工艺与机械 设计示例 2005.5 列管式油预热器的工艺与机械设计示例 原始数据： 1、处理能力：（ 40000 ）（kg/h） 2、操作条件 (1)油：入口温度30OC；出口温度80 OC；(2)加热介质：饱和水蒸气（ 0.4 ）（MPa）(绝压)；(3)允许压降（管程）：不大于50Kpa；(4)油在定性温度下的物性参数： 密度 815Kg/m3 粘度 2×10-3PaS 比热容 2.1×103J/(Kg?OC) 导热系数 0.137W/(m?OC) (5)饱和蒸汽冷凝给热系数为（ 8006.174 ）W/(m2?OC) (6)壳程污垢热阻取为0.86×10-4m2?OC/W；管程污垢热阻取为1.7×10-4m2?OC/W (7)换热管为Φ25×2.5的20＃钢无缝钢管(导热系数λ=45W/(m?OC)) (8)管程操作压力为0.2MPa(表压)； (9)冷凝液在饱和温度下排出 参考计算过程 参考文献： [1]天津大学化工原理教研室姚玉英等编.化工原理.天津：天津科学技术出版社，1992 [2]化工原理课程设计 [3]化工设备机械基础课程设计指导书.华东理工大学出版社 [4] 国家医药管理局上海医药设计院编.化工工艺设计手册.北京：化学工业出版社，1994 1选择流体的流动空间 油走管程——清洗方便；蒸汽走壳程——清洁，可以不清洗。 2确定设备的结构型式 油的定性温度为：℃ 饱和蒸汽定性温度：℃——冷凝液在饱和温度下排出 两流体温差：℃＞50℃，所以需要热补偿，可以采用浮头式列管换热器（＜50℃可用固定管板式；＜70℃而且壳程压强≯600kPa可以用带补偿圈——膨胀节的固定管板式换热器。 3计算热负荷和蒸汽用量 单位时间里油吸收的热量——传热速率为 、——冷流体和热流体的质量流量；； ——冷流体油的比热，=℃； =30℃，=80℃——冷流体油的进、出口温度； r——潜热 油化工原理附录十（P359）查得0.4Mpa水蒸气的温度为143.4℃，冷凝潜热r=2138.5kJ/kg。 所以 ℃℃-30℃）=42×105kJ/h 蒸汽需要量为： 4计算平均温度，并根据温差校正系数≮0.8的原则决定壳程数 （1）求逆流平均温差 逆流：油的温度：30℃→80℃ 蒸汽温度：143.4℃←143.4℃（饱和温度下排出） 换热器两端热流体和冷流体温差℃，℃（较大者为）。 （时可以采用算术平均温差代替对数平均温差，即℃） 对数平均温差℃ 取单壳程。由P、R查文献[1]P234图（a），可得，所以取单壳程是合适的。 平均温差校正值（错流和折流时的平均温差）：℃ 5计算总传热系数 W/(m2.℃) 式中 ——基于换热器外表面积的总传热系数。 =8006.174 W/(m2.℃)——换热管外侧对流传热系数，W/(m2.℃)。 ——换热管内侧对流传热系数，W/(m2.℃)。 ℃——换热管内侧（油）表面污垢热阻。 ℃——换热管外侧（蒸汽）表面污垢热阻。 、、——换热管外径、内径和平均直径。因为换热管为的20钢管，所以 =0.025m, =0.02m, =0.0225m, 管子壁厚b=0.0025m。 ——管壁导热系数。20钢λ=45W/(m?OC)（化工工艺手册：p750）。 管内侧油的对流传热系数没有给出，需用对流传热系数关联式进行计算。由参考文献[2]p11表2-2查得，油的粘度时流速应满足：≤=1.8m/s。可取：。由文献[1]p250， 雷诺数：——为湍流 普兰特准数：（这里为油的导热系数） 因为油的粘度，低于2倍常温下水的粘度（20℃时为1.005）：，为低粘度液体，，；初选管长，则，所以参考文献[1]P250式（4-70a）适用，即 流体被加热n=0.4，被冷却n=0.3，故取n=0.4。所以 从而可以得到 =613.22 W/(m2?OC) 6计算传热面积S 取安全系数（传热损失）为1.10~1.25，则实际传热面积 可以取。 7确定管子根数 由得 所以，如果按等边三角形排列，可取管子根数为（根）。——参考文献[3]P41 8确定管程数m 单管程时管内的流速为： 管程数 所以可取管程数 （程） 9确定换热器壳体内直径 因为壳程内为蒸汽冷凝，不需要经常清洗，所以可以采用正三角形排列（排管较多而且管外传热系数较高）。对多管程或浮头换热器，实际管子数和壳体内直径应该画出排管图确定。 初步计算可取： （[1]288；[2]14） 其中t——管子中心距，m nc——对角线上的管子数 ——最外层管子中心至壳体内壁距离，一般