【《某立式冷凝器工艺计算过程案例》2400字】

某立式冷凝器工艺计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u29392某立式冷凝器工艺计算过程案例 1134561.1设计原始条件 1297051.2冷凝器流动空间的确定 2273591.3工艺计算 2236241.3.1估算传热面积 2259171.3.2工艺尺寸计算 4220161.3.6壳体内径 5141441.4冷凝器核算 5137221.4.1壳程表面传热系数 558121.4.2管内表面传热系数 6160381.4.3污垢热阻和管壁热阻 784671.4.4传热系数 7154111.4.5传热面积裕度 8286821.4.6壁温核算 980811.4.7压降校核 10245201.4.8

冷凝主要结构尺寸和计算结果 12在冷凝器的设计过程中，应先根据工艺要求选择适当的类型，然后普计算换热所需要的传热面积。工艺设计中包括了热力设计以及流动设计，其具体运算如下所述。1.1设计原始条件1050℃氯盐流体为壳程介质，在冷凝到500℃时氯盐结晶并附着在筒体上，含盐气体定性温度：T=（1050+500）/2=775℃。进口温度20℃，出口温度500℃的冷空气为管程介质；氯盐的质量流量为87.5kg/h。冷空气的定性温度：入口温度t1=20℃，出口温度t2=500℃，冷却水的定性温度为tm=（20+500）/2=260℃。各流体在定性温度下的物性数据如表2-1。表2-1两流体在定性温度下的物性数据流体物性定性温度℃密度kg/m3粘度pa·s比热容kj/（kg·℃）导热系数W/（m·℃）冷空气2600.6621.79×10-51.040.044含盐气体7750.3314.4×10-51.300.0711.2冷凝器流动空间的确定两流体的温度变化情况是热流体进口温度1050℃，出口温度500℃；冷流体进口温度20℃，出口温度500℃。用冷空气冷却，冷凝器为立式。壳程内含盐气体从上自下，管程冷空气自下向上走，这样被冷却的流体走壳程可以更好地散热，冷流体走管程，可以减少热应力并且降低管壁的温差，将易结垢流体一般是流经管程。1.3工艺计算1.3.1估算传热面积（1）原始数据烧结空气系数：L=1.7（式2-1）烧结空气质量流量：m1（式2-2）含盐气体质量流量：Q=2125+87.5=2212.5kg/h=0.615kg/s（式2-3）烧结空气热流量：Q=cm2（t2-t1）=1.1×2125×（1050-20）=1.41×106kj/h（式2-4）含盐气体热流量：Q（式2-5）式中：——热热流体的质量流量，kg/s；——热流体的潜热，173.6kJ/kg。Q（式2-5）工业生常用热损失系数ηC估算取ηCQ2=（式2-6）（2）冷空气用量（式2-7）式中：m2——冷流体的质量流量，kg/s；Cp2——冷流体的定压比热，j/(kg·℃)；t1，t2——冷流体的进、出口温度，℃。m（式2-8）（3）计算有效平均温度差ΔΔ（式2-9）逆流过程中，有效平均传热温差为：∆（式2-10）（3）估算传热面积假设K值，由传热速率方程估算传热面积：A（式2-11）式中：AP——估算的传热面积，㎡；K——假设传热系数，W/（㎡·℃）；∆t查相关数据及表格，总传热系数暂取：K=460W/（㎡·℃）则估算传热面积：A（式2-12）1.3.2工艺尺寸计算取管子数目为1，管内流速取。依据传热管的内径和流速来确定单程传热管数为：（式2-13）式中：——单程管子数目；V——单程流体的体积流量，；——传热管内径，m；——管内流体流速，m/s。所以，传热管内径为：（式2-14）取传热管厚度为1.5mm。传热管的长度为：（式2-15）则需要的传热管长度：（式2-16）1.3.6壳体内径本次设计取壳体内径为800mm，壁厚为10mm。1.4冷凝器核算1.4.1壳程表面传热系数管束冷凝:（式2-17）式中:——无量纲冷凝表面传热系数，；——冷凝表面传热系数，；（式2-18）式中:——热流体的质量流量，kg/s；——传热管长度，m；——管数。无量纲冷凝表面的传热系数:（式2-19）冷凝表面传热系数:（式2-20）1.4.2管内表面传热系数管程内是无相变传热的流体，用下式计算表面传热系数:（式2-21）由相关文献n取0.4。雷诺数:（式2-22）管程中流体流通的截面积：（式2-23）计算管程流体的流速为：（式2-24）雷诺数：（式2-25）普朗特数:（式2-26）管程表面传热系数:（式2-27）1.4.3污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻传热管壁厚和材料决定管壁热阻值，数值为:（式2-28）式中:——传热管壁厚，m；——管壁热导率，管壁热阻计算，不锈钢在该条件下的热导率为。所以（式2-29）1.4.4传热系数（式2-30）式中：;冷凝器的传热系数为：（式2-31）1.4.5传热面积裕度在设计热流量下的条件下，先计算出传热系数和平均传热温差，所以对应的计算传热面积为：（式2-32）根据和可求出该冷凝器的:（式2-33）式中:——;可得所计算传热面积：（式2-34）该冷凝器的实际传热面积：（式2-35）该冷凝器的面积裕度为：（式2-36）由以上计算可得传热面积裕度较为合适，冷凝器器也可满足要求。1.4.6壁温核算核算壁温时，可按以下近似计算公式计算（式2-37）式中:，——热流体侧和冷流体侧的管壁温度，;，——热流体和冷流体的平均温度，;，——热流体侧和冷流体侧的表面传热系数;，——热流体侧和冷流体侧的传热面积，;，——热流体和冷流体的污垢热阻，管壁温度：（式2-38）（式2-39）管外侧的冷凝膜温:（式2-40）传热管壁温为:（式2-41）1.4.7压降校核冷凝器管程及壳程的流动阻力，常常控制在一定允许范围内。若计算结果超过允许值时，则应修改设计参数或重新选择其他规格大冷凝器。按一般经验，对于液体常控制在104～105Pa范围内，对于气体则以103～104Pa为宜。此外，也可依据操作压力不同而有所差别，参考下表。表2-3冷凝器操作允许压降△P冷凝操作压力P(Pa)允许压降△P<105(绝压)

0～105(表压)

>105(表压)0.1P

0.5P

>5×104Pa管程流体的压降等于流体流经传热管直管压降和冷凝器管程局部压降之和，即（式2-42）式中:——摩擦系数;——局部阻力;——壳程数;——管程数;——管程总压降;——结垢校正系数，取1.5。计算直管部分的压降和局部压降如下:（式2-43）式中:——摩擦系数;——传热管长度，m;——传热管内径，m;——管内流速，m/s；——流体密度，；——局部阻力系数。阻力系数一般情况下取传热管管壁粗糙度为，，（式2-44）（式2-45）（式2-46），，管程流体的压降:（式2-47）1.4.8

冷凝主要结构尺寸和计算结果冷凝器主要结构尺寸和计算结果见表2-4

表2-4冷凝器主要结构尺寸和计算结果参数壳程管程流量/（kg/s）0.6151.31进/出温度/1050/50020/500设计压力/MPa0.50.5物性参数定性温度775260密度/（）0.3310.662定压比热容/（）1.301.04粘度/（）0.0000440.000028导热系数/（）0.0710.04