列管式冷凝器设计

题目：欲用冷水将720kg/h的EC（碳酸乙烯脂）蒸汽冷凝，温度由150。。冷却至50。。凝结。冷水的进出口温度分别是30。。和50。。。若要求换热器的管程和壳程的压强降不大于10KPa，设计合适的列管式冷凝器。（忽略管壁热阻和热损失）定性温度下流体物性如下表:密度，kg/m3比热容，kJ（（kg.0C）粘度，Pa.s导热系数，W/（m.0C）EC蒸汽14101.880.155x10-30.05水9944.20.727x10-30.626、 试算和初选冷凝器的规格1、计算热负荷和冷却水流量Q=r-Qm=642x0.2=128.4KwW=Q=128400X3600=5503以/hcc(t-1)4200x(50—30)pc2 12、计算两流体的平均温度和平均温差。暂时按单壳程、多管程进行计算。逆流时平均温差为：b=心广*1=（150―50）-（50―30=荣=49.7。。m]At 150-50 ln5nA 50-301而P=…=-^0—30=0.17T-11 150-30°T-T150-50仁R= 2= =512-11 50-30查得 ^A=0.87所以 At气At=0.87x497=4324。3、初选冷凝器规格。根据流体的情况，假设K=120W/（m2.。。）故Q 128400S= = =2.5m2KAt 120x43.24由于T-1=150+50-50—30=90。。〉50。。,因此需要考虑热补偿。据此，mm2 2选定换热器规格如下：

壳径，mm260管子尺寸，mm425x2.5公称压强，MPa-0.1官长，m壳径，mm260管子尺寸，mm425x2.5公称压强，MPa-0.1官长，m1公称面积，m22.7管子总数35管程数2管子排列方法正方形实际传热面积S0=nndl=35x兀x0.025x1=2.8m2若采用此换热器，则要求过程中总传热系数为120W/（m2.oC）二、核算压强降1、管程压强降（走水）ZAp.=（Ap+Ap）FN其中，F=1.4，N=2。所以n管程流通面积A=-d2-—=-x0.022x35=0.0055m2N4 25503=0.28m/sA 3600x994x0.0055Rei心二0.02x0.28x994=7657（湍流）日 0.727x10-3£ 01设官壁粗糙度£=0.1mm,—=——=0.005，由人-Re关系图中查得：七20人=0.035Ap1孔L号=0.035x顽x994x0.282 5 =68PaAp2=3此=3x994x°.282=117Ap2则£询=（68+117）x1.4x2=518Pa2、壳程的压强降（走蒸汽）ZAp=（Ap+Ap）FN'一，、其中，F=1.15，N=1，Ap1=其中，F=1.15，N=1，管子为正方形斜转450排列，F=0.4。n=1.19展=1.19J35=7取折流挡板间距九=0.1m。NB=L-1=01-1=9壳程流通面积A0=h(D-nd)=0.1x(0.26-7x0.025)=0.0085m2u= 720 =0.017m/s03600x1410x0.0085Re=心=0.025x0.017x1410=3866〉5000日0.155x10-3f0=5.0Re0-0.228=5.0x3866-0.228=0.8' 1410x0.0172所以 Ap=0.4x0.8x7x(9+1)x % =4.6Pa询'=N(3.5-2h)y=9x(3.5-次)x1410x些=5Pa2bd2 0.25 2£Ap0=(4.6+5)x1.15=11Pa计算表明，管程和壳程压强降都能满足设计要求。三、核算总传热系数 管程对流传热系数a(走水)iRe=7657(湍流)Pri=4.88_c七4.2x103x0.727x10Pri=4.88= 0.626a=0.023—Re0.8Pr0.4=0.023x0626x76570.8x4.880.4=1737W/(m2-°C)id 0.02i2、壳程对流传热系数a0(走蒸汽)人、dup、cu^a=0.36(—)(e0)0.55(—)1/3(——)0.14iu u^取换热器列管中心距t=35mm。流体通过管间最大截面积为

A=hD(1-4)=0.1x0.26x(1—00癸)=0.007mA=hDt 0.035=0.02m=0.02m/s―s= A3600x1410x0.0074(12--d2) 4x(0.0352-生x0.0252)^25=0^0Re=d°u0P=0.04x0.02x1410=72770_p 0.155x10-3p_斐_1.88x103x0.155x10-3_6r0— 005壳程中EC蒸汽被冷凝，取(E)0.14=0.9。po所以a=0.36x005x(7277)0.55x(6)1/3x0.9=195W/(m2-°C)0 0.023、污垢热阻 参考附录二十，管内、外侧污垢热阻分别取为RR=0.00034m2.°C/WsiR=0.00017m2.°C/W4、总传热系数K。 管壁热阻可忽略时，总传热系数K。为+Rso+Rso+R d0+sidd

―0-

ad=156=156W/(m2.°C)故设1 25 25——+0.00017+0.00034x