换热器计算
热解工艺水-气换热装置（卧式）设计
摘要
城市生活垃圾是指城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物。城市生活垃圾具有二重性，如果经过合理的资源化处理，可转化为可再生利用的能源，但是如果不加以利用和合理处置将造成环境的污染。随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，源源不断的城市生活垃圾将会产生出来。城市生活垃圾的收集、运输和处理过程会产生大量的有害成分，从而对大气、土壤、水等造成污染，不仅严重破坏城市景观，而且传播疾病，威胁人类的健康甚至生命安全。城市生活垃圾已成为社会公害之一，是我国和世界各大城市面临的重大环境问题。
本设计对环境污染概况和城市垃圾进行了详细的介绍，由城市垃圾处理引申出垃圾热解技术。并且针对垃圾碳化热解装置的配套换热装置进行设计。通过对换热器的规格要求，特性参数，设计出热解交换器，并且绘制出工艺流程图来简单化的展示垃圾热解的处理方式及流程。
关键词：城市垃圾垃圾热解技术换热器
Pyrolysis process water - gas heat exchanger
unit (horizontal) Design
ABSTRACT
MSW is the daily life of urban residents in activities or providing services for the city everyday solid waste generated. MSW has a duality, if after a reasonable treatment resources, can be converted to the use of renewable energy, but if you do not take advantage and reasonable disposition will cause environmental pollution. With the acceleration of urbanization and people's living standards improve, a steady stream of municipal solid waste will be generated out. Municipal solid waste collection, transportation and treatment process will generate a lot of harmful ingredients, resulting in the pollution of air, soil, water, etc., not only seriously undermine the urban landscape, and the spread of disease, the threat to human health or safety. MSW has become one of the social nuisance, are major environmental problems facing the country and the world's major cities.
The design overview of environmental pollution and urban waste carried out a detailed description, come out of the garbage from the municipal waste pyrolysis technology. And heat transfer device is designed for supporting garbage pyrolysis carbonization device. Through the heat exchanger specifications, parameters, pyrolysis exchanger design
and draw out treatment and process flow chart to show the simplistic garbage pyrolysis.
Key Words：City garbage Waste pyrolysis technology heat exchange
目录
第一章环境污染的概况与城市垃圾处理方式 (1)
1.1主要的污染种类 (1)
1.1.1液体排放污染 (1)
1.1.2 废气排放污染 (1)
1.1.3城市垃圾污染 (2)
1.2目前垃圾的处理方式 (2)
1.2.1卫生填埋法 (3)
1.2.2有机垃圾堆肥法 (3)
1.2.3垃圾焚烧法 (3)
1.3垃圾处理方式比较 (4)
第二章垃圾热解装置发展概况及工艺流程 (6)
2.1垃圾热解装置发展概况 (6)
2.2 垃圾热解过程 (6)
2.3热解工艺原理图 (7)
第三章热解工艺换热系统设计 (8)
本设计的主要要求 (8)
3.1基本参数 (8)
3.2确定设计方案 (8)
3.2.1选择换热器的类型 (8)
3.2.2流程安排 (9)
3.3确定物理数据 (9)
3.3.1 烟气的定性温度 (9)
3.3.2水定性温度 (9)
3.3.3 壳程流体物理数据 (9)
3.3.4管程流体物理数据 (9)
3.4初选换热面积 (10)
3.4.1 设计传热量 (10)
3.4.2冷却水流量 (10)
3.4.3平均传热温差 (10)
3.4.4传热面积 (10)
3.5工艺结构尺寸 (11)
3.5.1热管外径、内径 (11)
3.5.2管长和总传热管数 (11)
3.5.3传热管排列方法和管心距 (11)
3.5.4管束排布方式 (12)
3.5.5管束最大截面积和壳体内截面积 (12)
3.5.6 换热长径比 (12)
3.5.7管程流体进出口接管内径： (12)
3.5.8其他附件 (12)
3.6换热器的核算 (12)
3.6.1热流量的核算 (12)
3.4初选换热面积 (15)
3.4.4传热面积 (15)
3.5工艺结构尺寸 (15)
3.5.1热管外径、内径 (15)
3.5.2管长和总传热管数 (15)
3.5.3传热管排列方法和管心距 (16)
3.5.4管束排布方式 (16)
3.5.5管束最大截面积和壳体内截面积 (16)
3.5.6 换热长径比 (16)
3.5.7管程流体进出口接管内径： (16)
3.5.8其他附件 (16)
3.6换热器的核算 (17)
3.6.1热流量的核算 (17)
3.4 初选换热面积 (19)
3.4.4传热面积 (19)
3.5工艺结构尺寸 (19)
3.5.1热管外径、内径 (19)
3.5.2管长和总传热管数 (20)
3.5.3传热管排列方法和管心距 (20)
3.5.4管束排布方式 (20)
3.5.5管束最大截面积和壳体内截面积 (20)
3.5.6 换热长径比 (21)
3.5.7管程流体进出口接管内径： (21)
3.5.8其他附件 (21)
3.6换热器的核算 (21)
3.6.1热流量的核算 (21)
3.6.2璧温核算 (23)
3.6.3换热器内流体的流动阻力 (24)
3.7 换热器主要结构尺寸和计算结果 (24)
3.8 绘制机械图 (31)
第四章成本估算 (32)
4.1换热器成本估算......................................................................... 错误！未定义书签。第五章毕业设计总结 (33)
5.1 总结 (33)
5.2 关于此次设计的感想 (33)
参考文献 (34)
第一章环境污染的概况与城市垃圾处理方式
1.1主要的污染种类
1.1.1液体排放污染
目前中国正面临的不得不解决的最可怕的环境危机之一是缺水和水污染。中国水资源总量居世界第六位，但人均水资源占有量仅为世界平均水平的1／4，在世界银行连续统计的153个国家中居第88位。我国江河湖泊普遍遭受污染，全国75%的湖泊出现了不同程度的富营养化；90%的城市水域污染严重，南方城市总缺水量的60%~70%是由于水污染造成的；对我国118个大中城市的地下水调查显示，有115个城市地下水受到污染。水污染降低了水体的使用功能，加剧了水资源短缺，未来我国水资源紧缺的形势依然严峻。[1]据环境保护部门对我国118个城市地下水监测资料的评价，污染较重的城市有76个，占64%，污染较轻的城市39个，占33%，基本未受污染的城市只有3个，不足3％。据统计分析，地下水污染的特点：①“三氮”污染；②硬度升高；③酚、氰化物、砷、汞、铬、氟等有毒有害物质污染。这类物质对人体健康有严重危害，它们不易分解，不易沉淀，易被生物体富集转化成毒性更强的有机化合物，并在迁移循环过程中遍布水体、土壤和作物，污染环境，危害生态。
1.1.2 废气排放污染
气体排放污染虽然存在日久，但却是近几年来才逐步走进人们的印象之中的，而且是一来到人们视线中便对我们的生活产生了极大影响。我国的大气污染主要呈现为煤烟污染的特征，具体表现为：城市的大气环境中可吸入颗粒物的含量超标，氮氧化物的含量居高不下，二氧化硫的排放严重超标三种形式。而以上三种表现恰恰是雾霾产生的元凶，近年的雾霾天气多发的现状确实为我们敲响了警钟。[2]
可吸入颗粒物、氮氧化物以及二氧化硫的主要来源大多是工业生产，如工业锅炉的使用，以及汽车尾气的排放。目前我国的环保技术措施中，工业脱硫技术
相对比较成熟，PM2.5中硫酸盐的含量已经出现明显的降低，但相对的，硝酸盐的含量却并未出现明显的改善，相反还出现升高。这一情况的出现，说明我们还应该加强这一方面治理。[3]
1.1.3城市垃圾污染
目前我国的城市垃圾废物的产量正在逐年递增，例如生活垃圾，增长速度为每年4%，工业生产所产生的固体垃圾也以每年7%的速度增长。而相对于垃圾的增长速度而言，我国的固体垃圾处理能力明显不足，大量的危险废弃物品都处于简单的存储以及低水平的再利用状态。[4]城镇的生活垃圾进行无害化处理的能力仅仅达到每年产生量的20%左右。往往是老旧的垃圾废物未处理完，新的生活垃圾又会产生，长此以往的恶性循环造成目前我国的固体垃圾处理问题日趋严重。随着生产的扩大，生活水平的提高。固体废物的成分日益复杂，排放量逐年增多，已成为世界公认的一大公害。发达国家的经验和教训表明，将有害固体废物任意丢弃或进行不安全填埋。对环境的污染是极难治理的。多数情况下要花费巨额投资。现在有的城市，特别是近几年刚发展起来的县级市，还没有专门的固体废物处理场所，即使有一定的填埋场，其环保要求、技术操作规范等也达不到国家规定的标准。人们对固体废物的危害性，固体废物的资源化认识程度不高，致使大量的固体废物随意抛弃、堆积、填埋，综合回收利用率较低。长期以来，在自然环境中囤积数量巳达到较高的程度，大量有毒有害物质渗透到自然环境中，已经或正在对生态环境造成大地破坏。
1.2目前垃圾的处理方式
城市生活垃圾是指城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物。城市生活垃圾具有二重性，如果经过合理的资源化处理，可转化为可再生利用的能源，但是如果不加以利用和合理处置将造成环境的污染。随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，源源不断的城市生活垃圾将会产生出来。城市生活垃圾的收集、运输和处理过程会产生大量的有害成分，从而对大气、土壤、水等造成污染，不仅严重破坏城市景观，而且传播疾病，威胁
人类的健康甚至生命安全。城市生活垃圾已成为社会公害之一，是我国和世界各大城市面临的重大环境问题。[5]
1.2.1卫生填埋法
卫生填埋法是指采用底层防渗，垃圾分层填埋，压实后顶层覆盖土层，使垃圾在厌氧条件下发酵，以达到无害化的垃圾处理方法。因其方法简单、省投资，可以处理所有种类的垃圾，所以世界各国广泛沿用这一方法。从无控制的填埋，发展到卫生填埋，包括滤沥循环填埋、压缩垃圾填埋、破碎垃圾填埋等。
采用卫生填埋法，首先要防止从废物中挤压出的液体滤沥及雨水径流对地下水的污染。一般规范要求回填地最低处的标高要高出地下水位3.3m以上，并且回填地的下部应有不透水的岩石或粘土层。[6]否则需另设粘土、沥青、塑料薄膜等不透水层。其次，填埋场应设置排气口，使厌氧微生物分解过程中释放出的甲烷等气体能及时逸出，避免发生爆炸。回填后的场地，一般在20年内不宜在其上修建房屋，避免由于回填场不均匀下沉造成的结构破坏。[7]
1.2.2有机垃圾堆肥法
堆肥是使垃圾、粪便中的有机物，在微生物作用下，进行生物化学反应，最后形成一种类似腐殖质土壤的物质，可用作肥料或改良土壤。
堆肥的关键在于提供一种使微生物活跃生长的环境，以加速其致菌分解过程，使之达到稳定。堆肥主要受废物中的养分、温度、湿度、pH值等因素的控制。根据堆肥原理，可分为厌氧分解与好氧分解两种。厌氧分解需在严格缺氧条件下进行，厌氧微生物分解生长较慢，故不多用。好氧分解过程可同时产生高温，从而杀灭病虫卵、细菌等，我国主要采用好氧分解法。[8]
堆肥技术的工艺比较简单，适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理，可对垃圾中的部分组分进行资源利用，且处理相同质量垃圾的投资比单纯的焚烧处理低很多。堆肥技术在欧美国家起步较早，目前已经达到工业化应用的水平。[9]
1.2.3垃圾焚烧法
焚烧是发达国家普遍采用的一种垃圾处理方法,焚烧处理是是对生活垃圾高温分解和深度氧化的综合处理过程。将生活垃圾作为固体燃料送入炉膛内燃烧,指在850℃-1000℃的高温条件下,垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的
化学反应,放出热量,转化成高温的燃烧气和量少而稳定的固体残渣,同时杀灭病毒细菌的方法。
1.2.4碳化热解法
碳化热解技术无疑是一门新兴的高科技垃圾处理手段。其特点是能对传统的生活垃圾进行减量化，无害化的处理。通过磁芯组件产生的热能去除有机废弃物的水分后对其进行碳化处理，最终只产生少量的灰分质。碳化热解技术可广泛适用于市、区、县的大型垃圾处理厂，也可用于乡、镇、农村的小规模垃圾处理厂，以及生活小区、宾馆、车站、旅游景区等场所的垃圾处理。[10]
1.3垃圾处理方式比较
1.3.1卫生填埋法的性质
卫生填埋法的优点主要有技术成熟，运营管理简单方便，灵活性强且适用范围广，处理量大但耗资低等。因此，是我国目前主要的垃圾处理手段。[11]但是占地面积大且减容效果差是填埋法的主要缺点。此外，填埋的垃圾在之前并未进行无害化处理，仍旧有大量的有害物质如病毒和细菌等，还有可能有沼气与重金属污染的可能性，垃圾的渗透液也有可能污染地下水资源。
1.3.2堆肥法的性质
堆肥法是一种非常优秀的垃圾处理方法，投资低且技术简单，手段环保并能有效的消除有害病菌的传播。最重要的是能通过对有机物的分解达到对垃圾的可循环利用，对垃圾的消除有明显作用。[12]但是，堆肥法对垃圾分类要求高、有氧分解过程中产生的臭味会污染环境，但目前，我国生活垃圾为混合收集，杂质含量高，为保证肥料产品质量而采用复杂的分离过程导致产品成本高，没有政府的补贴，是很难运行下去的；一般堆肥厂的粗堆肥产品只能作为土壤改良剂，并不能当真正的肥料，其销路取决于堆肥厂所在地区封条件的适宜性，并不能当真正的肥料；生活垃圾处理的连续性和堆肥产品销售季节性之间存在的固有矛盾。这些因素都导致了堆肥成本过高或质量不佳影响堆肥产品销售。[13]
1.3.3垃圾燃烧法的性质
垃圾燃烧的优点是能显着地减容、节省填埋空间,可以进行余热回收利用或发电。焚烧技术的特点是处理量大,减容性好,无害化彻底,并且热能可回收利用,因此这种方法是我国和世界上大多数国家普遍采用的一种垃圾处理技术。但是，焚烧处理也有其固有的短板。制约垃圾垃圾焚烧发展的重要原因还在于焚烧厂的建设一次性投资太大，以及建成后的运行成本太高，这些都是制约焚烧在大城市发展的瓶颈。[14]如目前我国引进焚烧设备单位处理投资为40～70万元（吨/日），如果按综合折旧年限15年计算，其折旧成本就达88.9－155.6元每吨，可见垃圾处理建设投资成本需求缺口很大。
1.3.4热解法的性质
垃圾碳化热解炉在运行过程中不用气、不用油、不使用任何燃料，处理成本极低；处理范围广，可处理除金属、土石、玻璃以外所有的废弃物；根据垃圾成分不同，减量化达1/200～1/600；在碳化过程中只有少量烟气排出；碳化后的灰粉质可以用于制砖，也可用于制造肥料、除臭或水的净化。为使设备运行中达到最佳的工况并根据对当地垃圾组份分析，配备了相应的前分选系统。[15]碳化热解技术有以下几个优点：一是垃圾处理过程中主机不用煤、不用油、不使用任何辅助燃料，运行成本低；二是处理范围广，垃圾不需分选可直接进炉；三是烟气量小，有害成分少，处理工艺简单，处理成本低；四是垃圾减量化效果明显，碳化热解后产生的灰粉质可用作水泥厂原料，也可用作制砖；五是选址简单，处理站只要距居民区有600米距离即可，可以节约大量运输费用，减少矛盾纠纷。[16]
第二章垃圾热解装置发展概况及工艺流程
2.1垃圾热解装置发展概况
热解原理应用于工业生产已有很长的历史，木材和煤的干馏、重油裂解生产各种燃料油等早已为人们熟知，但将热解原理应用到固体废物处理还是近几十年的事。国外利用热解法处理固体废物已达到工业规模，虽然还存在一些问题，但实践表明这是一种有前途的固体废物处理方法。我国热解技术的研究开始于20世纪80年代初，以农村秸秆、农作物及蔗糖渣为对象进行了热解和气化实验。90年代初，市政西南设计院利用回转窑研究了城市垃圾热解产物规律；同济大学提出了采用气化方式处理城市垃圾，并实验研究了污泥低温热解产油原理；东南大学研究了城市垃圾组分的热解特性和动力学参数，并提出了一种新型气化熔融炉；昆明工学院在研究日本垃圾处理技术的基础上，也提出了一种气化熔融炉；中科院广州能源所最近研制成功一种新型环保型医疗垃圾热解焚烧炉，已经形成产品，推向市场。[17]
虽然在我国垃圾碳化热解技术还属于一种新型的技术手段，但却获得了国家的重点支持。该技术为各级政府解决目前垃圾处理难题提供了一个很好的方法，同时也是国家“十二五”经济社会发展规划，是国家政策扶持的重点项目之一。
2.2 垃圾热解过程
垃圾热解技术是在无氧或缺氧条件下，有机物经过高温分解,使其大分子裂解成为小分子直到变为气体，从而获得可燃气体的技术。单纯热解有机物的方法一般是不被采用的。但由于垃圾分解后所剩余固体物中的可燃物质不多，故不适于进一步气化，而作为燃料处理，并且进一步减少了二次污染物。[18]对垃圾热解处理的方法，按装备的设臵来分可有单器、双器之分。所谓单器装臵实际上是热解和燃烧在一个反应器内进行,如左图，一般为移动床（也有流
化床）。双器为循环流化床，如右图，热解和燃烧在不同反应器内进行。
热解方法较其他处理方法更为复杂，特别是城市垃圾成分的不稳定性，又给热解方法达到稳定生产带来了一定的困难。热解方法目前尚处于开发研究阶段。日本最大的热解反应器日处理垃圾150吨，欧美最大的热解反应器日处理垃圾也在200吨左右。[19]但垃圾热解所回收的能量可以储存和输送。对垃圾成分的适应能力强，热值有波动时也能适应,最重要的是几乎不会造成二次污染。
2.3热解工艺原理图
图2.1为此次设计的垃圾热解的工艺流程图，工艺流程如下图所示，垃圾有进料口出填料，在热解炉中进行热解。通过热解路上的热电偶来观察炉膛温度，当热解炉中的温度未稳定时，不完全燃烧的烟气经过气体支管进入大气中，待燃烧炉中的温度稳定以后，关闭支管阀门，将高温烟气稳定排入到换热器内。烟气进入换热器后，走管程与水箱中的冷水进行换热，降低温度。换热后的烟气由换热器排出后，进入除尘器，并由活性炭吸收装置进行烟气的净化，最后净化后的烟气由管道排除至大气中。
图2.1 工艺原理图
Figure 2.1 Process schematics
第三章热解工艺换热系统设计
本设计的主要要求
换热要求：烟气余热换热器热烟气进口温度一般控制在850—900℃，流量为1500h
Nm/3，出口温度75-80℃。采用气—水换热器，冷却水进口温度45℃，出口温度90℃。供厂区生产生活使用。换热器采用卧式结构。布袋除尘器：进口温度80℃以内，处理量1500h
Nm/3，烟气入口含尘量为6003
mg，出口
/Nm
含尘量303
mg。
/Nm
3.1基本参数
烟气进口工温度:'
t=900℃
1
烟气出口工温度:"
t=80℃
1
烟气工作压力:
P=0.03 MPa
1
烟气流量:
V=1500Nm3/h
1
水进口温度:'
t=45℃
2
水出口温度:"
t=90℃
2
水的工作压力:
P=0.1 MPa
2
3.2确定设计方案
3.2.1选择换热器的类型
两流体温度变化情况：烟气进口温度为900℃出口温度为80℃；水进口温度为45℃出口温度为90℃。且烟气为洁净度很差的气体，且换热温差较大，因此对换热效率的要求较高。综上所述，本设计采用管壳式换热器。[20]
3.2.2流程安排
由设计条件知，考虑到烟气中含有杂质，所应使烟气走管程较为合理，使水走壳程。
3.3确定物理数据
定性温度：由于换热流体的性质，定性温度可以采用进出口温度的平均值。
[21]
3.3.1 烟气的定性温度
定性温度为:
21
1 1
" +'
=
t t
t
m
=(900+80)/2=490℃
3.3.2水定性温度
定性温度为：67.5℃
3.3.3 壳程流体物理数据
水的密度：
2
ρ=977.8kg/m3
水的定压比热容：
2
Cp=4.178KJ/(kg.℃)
水的导热系数：
2
λ=0.668W/(m. ℃)
水的粘度：
2
μ=4.06×10-4错误！未指定书签。Ns/
水的普朗特常数：
2
Pr=2.54
3.3.4管程流体物理数据
烟气物理数据如下：
烟气密度：
1
ρ=0.457 kg/m3
烟气定压比热容：
1
Cp=1.185KJ/(kg.K)
烟气热导系数：
1
λ=0.0656W/(m.K)
烟气粘度： 1μ=3.48×10-5
Ns/ 烟气的普朗特常数：1
1
11Pr λμCp = =0.62
3.4初选换热面积
3.4.1 设计传热量
Q =()δ-??
? ??"
-'=11111t t Cp V Q
式中 1V ---------烟气流量 1Cp --------烟气定压比热 '1t -------烟气进口温度 "1t --------烟气出口温度
δ---------换热损失系数，取用0.02 Q=3.97×105 W
3.4.2冷却水流量
W c =Q/Q C =2.11kg/s
3.4.3平均传热温差
因为工程上多采用逆流操作，按纯逆流计算
??? ??'-"??? ??"-'?
?? ??'-"-??? ??"-'=
?21212121ln t t t t t t t t t m =2470C
3.4.4传热面积
由于壳程流体的工作压力不高，故可选取较小的的值。假设错误！未指定书签。 Ko=75W/m 2 ℃
利用传热速率方程，估算传热面积：
00F t K Q m ?=
式中 Q--------总传热量
m t ?------平均温压 0K ------传热系数 F 0=3.97×105/75*247=21.43 2m
3.5工艺结构尺寸
3.5.1热管外径、内径
选用φ32*3mm 碳钢管，热管内径1d =0.026m 热管外径0d =0.032m
3.5.2管长和总传热管数
管长和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 由于本设计是单管程的换热器
管长一般选2-3米，高度增加，占地面积小，散热效果好，但考虑到厂房面积及高度，故选用1.5m 管长。
总管数=
=L d F n 00
π21.43/3.14*0.032*1.5=142.187
由于管子数非整数，且为了便于换热水量的调节而设置多余的换热面积以及方便布置，所以取整数144根。
3.5.3传热管排列方法和管心距
因为管子与换热的冷水直接接触，以加快换热为主 设计需采用正方形排列 取管心距S=1.625d 0
则: S=1.625d 0=1.625*0.032=0.052 (m)
3.5.4管束排布方式
以加快散热和施工方便为参考，进行合理排布，工程上无特殊要求 因此采用正方形排列，故而排成12*12的方阵
3.5.5管束最大截面积和壳体内截面积
管束最大布管截面积为n d a 2
114
π
=
=0.116（2m ）
壳体内截面积S=0.6*0.6=0.36（2m ）
进口管箱耐热隔垫，故最外层管外缘到筒体内径距离加大
3.5.6 换热长径比
L/D 1=1500/32=46.857
3.5.7管程流体进出口接管内径：
根据设计要求本次设计进出口均可采用接管为直径Φ60mm 。
3.5.8其他附件
管板用来稳定管束，以及连接上、下箱体与管子进行镶嵌和焊接 根据管板厚度大概与壳体内径相同，进而确定管板的大小 初选管板厚度2m 。
3.6换热器的核算
3.6.1热流量的核算
1.壳程表面传热系数
壳程流通当量直径
00
2
14d d S S d e -=
π=4*0.052*0.052/3.14*0.032-0.032=0.0756（m ） 壳程流通截面积
10a S a -==0.36-0.116 =0.244（2m ） 壳程流体流速
1
0a M
w ρ=
=2.1/977.8*0.244=0.0088（m/s ） 壳程雷诺数
1
1
0R μρe e d w =
=0.0088*977.8*0.0756/4.06=1602.79
管壁外表面温度：0t w =80C ?
则0t w 下的水粘度：0w μ=3.57×10-4 (2/m s N ?)
管程粘性修正系数 0Φ=14
.001?
??
?
??w μμ=(4.06/3.57)0.14=1.01817
0t w 下水导热系数： 0w λ=0.6745 (W/m.k) 0t w 下水的密度：0w ρ=971.8（kg/3m ）
0t w 下水的普朗特常数: ????
??=0100w Prw w Cp λμ=2.22
则可得
=?
??
?
?=25
.036
.06.00Pr Pr Pr
Re 40.0w α96.911)/(2C m w ??
2.管程传热系数
管程流通截面积
n d a 2
114
π
=
=0.116(2m )
管程流体流速
1
1a V
w =
=1500/3600*0.116=3.592(m/s)
管程雷诺数
1
1
111Re μρd w =
=3.592*0.026*0.457/3.48*510-=1226.4
管壁内表面温度： 1tw 取600C ?
1tw 下的烟气的粘度：1w μ=3.7*5-10（2/m s N ?）
壳程粘度修正系数 14
.0111?
??
?
??=Φw μμ=14
.07.348.3??
? ??=0.991
1tw 下的烟气的导热系数：1w λ=0.074(W/m.k) 1tw 下的烟气的密度：1w ρ=0.405（kg/3m ）
1tw 下的烟气的普朗特数:w
w w w Cp ρλμ11
1Pr =
=0.59 则可得：
25
.036
.06.01Pr Pr Pr
Re 40.0?
?? ?
?=w α=243.16)/(2C m w ??
3.污垢热阻和管壁热阻
根据设计条件，由《化工单元过程及设备课程设计》第56页的表3-10，取： 管侧污垢热阻：1Rd =0.00034 w/(C m ??2) 壳侧污垢热阻: 0Rd =0.00034 w/(C m ??2)
查《化工单元过程及设备课程设计》第56页的表3-11，碳钢在该条件下的热导率
λw=30W/(m.k) 4.传热系数K
001011011
11αλδα++++=Rd d d d d Rd d d K m w =(1/243.16)*(0.032/0.026)+0.0034*(0.032/0.026)+ (0.006/30)*(0.032/0.029)+0.00034+1/96.911=0.011943 K= 83.731W/m 2 ℃
传热系数 K >0K
0K 值的大小不符合要求，继续校核。
3.4初选换热面积
3.4.4传热面积
由于壳程流体的工作压力不高，故可选取较小的的值。假设错误！未指定书签。 Ko=65W/m 2
℃
利用传热速率方程，估算传热面积：
00F t K Q m ?=
式中 Q--------总传热量
m t ?------平均温压 0K ------传热系数 F 0=3.97×105/65*247=24.727 2m
3.5工艺结构尺寸
3.5.1热管外径、内径
选用φ32*3mm 碳钢管，热管内径1d =0.026m 热管外径0d =0.032m
3.5.2管长和总传热管数
管长和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 由于本设计是单管程的换热器
管长一般选2-3米，高度增加，占地面积小，散热效果好，但考虑到厂房面积及高度，故选用1.5m 管长。
总管数=
=L d F n 00
π24.727/3.14*0.032*1.5=164.062
换热器计算公式与比热容概要
换热器计算公式与比热容 5 术语和定义 5.1 热侧 废气通道，又称气侧。 5.2 冷侧 冷却液通道，又称水侧。 5.3 气阻 气侧压力降，又称气侧压差。 5.4 水阻 水侧压力降，又称水侧压差。 5.5 换热面积A h 热侧总表面积，单位m2。 5.6 热侧通道面积S h 热侧总横截面积，单位m2。 5.7 放热量Q h 热侧空气放热量，指EGR冷却器稳定工作状态下，热侧空气所放出的热量，单位为kW。其计算公式如下： Q h=G h×Cp h（t hi-t ho）/1000………………………………………………(5-1)式中： G h——空气质量流量，kg/s； Cp h——增压空气比热，kJ/kg℃； t hi——热侧空气进口温度，℃；
t ho——热侧空气出口温度，℃。 5.8 吸热量Q w 冷侧冷却液吸热量，单位kW。其计算公式如下： Q w=G w×Cp w×（t wo-t wi）/1000 ………………………………………(5-2) 式中： G w——水质量流量，kg/s； Cp w——水比热，kJ/kg℃； t wi——冷却水进口温度，℃； t wo——冷却水出口温度，℃。 5.9 热平衡误差δ 计算公式： δ=[( Q h - Q w)÷Q h]×100 % …………………………………………(5-3a) 或 δ=[( Q w - Q h)÷Q w]×100% ………………………………………(5-3b) 式中： δ——热平衡误差，%； 当热平衡误差δ大于±5%，试验参数应重新测量，直到δ不大于±5%。 5.10 散热能力Q 指在规定的工作条件下，空气通过EGR冷却器散发掉的理论散热量，单位为Kw(或W)，其计算公式如下： Q＝K×A h×△t m ………………………………………………………(5-4) 式中：
板式换热器选型计算书
目录 1、目录 1 2、选型公式 2 3、选型实例一（水－水） 3 4、选型实例二（汽－水） 4 5、选型实例三（油－水） 5 6、选型实例四（麦芽汁－水） 6 7、附表一（空调采暖，水－水）7 8、附表二（空调采暖，汽－水）8 9、附表三（卫生热水，水－水）9 10、附表四（卫生热水，汽－水）10 11、附表五（散热片采暖，水－水）11 12、附表六（散热片采暖，汽－水）12
板式换热器选型计算 1、选型公式 a 、热负荷计算公式：Q=cm Δt 其中：Q=热负荷（kcal/h ）、c —介质比热（Kcal/ Kg.℃）、m —介质质量流量（Kg/h ）、Δt —介质进出口温差（℃）（注：m 、Δt 、c 为同侧参数） ※水的比热为1.0 Kcal/ Kg.℃ b 、换热面积计算公式：A=Q/K.Δt m 其中：A —换热面积（m 2）、K —传热系数（Kcal/ m 2.℃） Δt m —对数平均温差 注：Ｋ值按经验取值（流速越大，Ｋ值越大。水侧板间流速一般在0.2～0.8m/s 时可按上表取值，汽侧 板间流速一般在15m/s 以时可按上表取值） Δt max - Δt min T1 Δt max Δt min Δt max 为（T1-T2’）和（T1’-T2）之较大值 Δt min 为（T1-T2’）和（T1’-T2）之较小值 T T1’ c 、板间流速计算公式： T2 其中V —板间流速（m/s ）、q----体积流量（注意单位转换，m 3/h – m 3/s ）、 A S —单通道截面积（具体见下表）、n —流道数 2、板式换热器整机技术参数表： 计压力1.0Mpa 、垫片材质EPDM 、总换热面积为9 m 2 板式换热器。 注：以上选型计算方法适用于本公司生产的板式换热器。 选型实例一（卫生热水用：水-水） Ln Δt m =
换热器计算汇总
一、冷凝器热力、结构计算 1.1冷凝器的传热循环的确定 根据冷库的实际工作工况：取蒸发温度015t C =-?，过热度5r t C ?=?，即吸入温度110t C =-?；过冷度 5K t C ?=? ,冷凝器出口温度535k k t t t C =-?=?，则C t k 40=. 查《 冷库制冷设计手册》第441页图6-7， R22在压缩过程指示功率82.0=i η kg kJ h /4051= kg kJ h /4452= ()K kg kJ s s ?==/7672.121 kg m v /06535.031= kg kJ h /4183= kg kJ h /2504= kg kJ h /2435= kg m v /108673.0335-?= kg kJ h h w t /4040544512=-=-= (3.1) kg kJ w w i t i /8.4882.040===η 图1-1系统循环p-h 图 lgp /MPa
kg kJ w h h i s /8.4538.4840512=+=+= 再查R22的圧焓图得C t s 802= kg m v s /02.032= 所需制冷剂流量为s kg h h Q q s k mo /3834.0243 8.4538152=-=-= 1.2冷却水流量vs q 和平均传热温差m T ?的确定 1.2.1冷却水流量vs q 确定 冷却水进、出口温度 C t ?='322,236t C ''=? ，平均温度C t m ?=34，由《传热学》563页的水的物性表可得: 3994.3/kg m ρ=4174/()p c J kg K =?620.746610/m s ν-=? 262.4810/()W m K λ-=?? 则所需水量: ()()s m t t c Q q p k vs /10879.4323641743.9941081333 '2''2-?=-???=-=ρ 1.2.2平均传热温差m T ?的确定 由热平衡 ：2323()()mo s p vs q h h c q t t ρ''-=?- ，有 2332()mo s p vs q h h t t c q ρ-''=-=()C 3.3510 879.4174.43.9944188.4533834.0363=???-?-- ()()C q c h h q t vs p mo 13.3210 879.4174.43.9942432503834.032t 354' 24=???-?+=-+=-ρ
板式换热器选型与计算方法(DOC)
板式换热器选型与计算方法 板式换热器的选型与计算方法 板式换热器的计算方法 板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。 以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： 总传热量(单位:kW). 一次侧、二次侧的进出口温度 一次侧、二次侧的允许压力降 最高工作温度 最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。 温度 T1 = 热侧进口温度 T2 = 热侧出口温度 t1 = 冷侧进口温度 t2= 冷侧出口温度 热负荷 热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为： （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）
在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； mh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s； Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)； T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为： 一侧有相变化 两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中 r,r1,r2--------物流相变热，J/kg； D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。 对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。 对数平均温差(LMTD) 对数平均温差是换热器传热的动力，对数平均温差的大小直接关系到换热器传热难易程度.在某些特殊情况下无法计算对数平均温差,此时用算术平均温差代替对数平均温差，介质在逆流情况和在并流情况下的对数平均温差的计算方式是不同的。在一些特殊情况下，用算术平均温差代替对数平均温差。 逆流时： 并流时：
管壳式换热器传热计算示例(终-)---用于合并
管壳式换热器传热设计说明书 设计一列管试换热器，主要完成冷却水——过冷水的热量交换设计压力为管程 1.5MPa （表压），壳程压力为0.75MPa（表压），壳程冷却水进,出口温度分别为20℃和50℃，管程过冷水进，出口温度分别为90℃和65℃管程冷水的流量为80t/h。 2、设计计算过程： （1）热力计算 1)原始数据： 过冷却水进口温度t1′=145℃； 过冷却水出口温度t1〞=45℃； 过冷却水工作压力P1=0.75Mp a（表压） 冷水流量G1=80000kg/h； 冷却水进口温度t2′=20℃； 冷却水出口温度t2〞=50℃； 冷却水工作压力P2=0.3 Mp a（表压）。改为冷却水工作压力P2=2.5 Mp 2)定性温度及物性参数： 冷却水的定性温度t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃； 冷却水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m3； 冷却水的比热查物性表得C p2=4.174 kJ/kg.℃ 冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃ 冷却水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s； 冷却水的普朗特数查物性表得P r2=4.865； 过冷水的定性温度t1=(t1?t1′′)==77.5℃； 过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3； 过冷水的比热查物性表得C p1=4.192kJ/kg.℃； 过冷水的导热系数查物性表得λ1=0.672w/m.℃； 过冷水的普朗特数查物性表得P r2=2.312； 过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。 过冷水的工作压力P1=1.5 Mp a（表压） 3)传热量与水热流量 取定换热器热效率为η=0.98； 设计传热量： ? Q0=G1·C p1·(t1?t1′′)η×10003600
换热器计算例题
壳管式换热器例题 （一） 确定计算数据 用户循环水的供水温度为95℃，回水温度为70℃，外网蒸汽的温度为165℃，蒸汽焓为2763kJ/kg ，饱和水焓为694kJ/kg ，从水水换热器出来的凝结水温取80℃。 （二） 计算用户循环水量和外网的蒸汽流量。 用户循环水流量： s kg t t c Q G h g /55.41) 7095(41871035.4)(6 ''=-?=-= 外网蒸汽进入热力站的流量： s kg h h Q D n q /79.1) 804187102763(1035.4)(36 =?-??=-= （三）热网回水从水水换热器出来进入汽水换热器前的水温t 2 () ℃ 7.73)70(418755.4185418779.170)80165(222=-??=??-??=-??t t t c G c D （四）汽水换热器的选择计算 因为热负荷较大，初步选择N107-3DN650型汽水换热器两台并联。换热器的主要技术数据如下： 管内水流总净断面积为87.9×10-4m 2，管内径为0.02m ，外径为0.025m ，单位长度加热面积7.9 m 2，总管根数/行程数为112/4，最大一排管根数为12根，每纵排平均管数为9根。
1、单台汽水换热器的换热量为： ()Mw h h D Q b q 85.12 694000276300079.12) (=-=-= 2、汽水换热器的平均温差为： ℃80951657.731657.73951 221=---=---=?In t t t t In t t t n n p 3、热网循环水在换热器内的流速 可按下式计算：p n f G w ρ= 式中p ρ－为换热器内热网水的平均密度，kg/m 3。 s m w m kg t n p pj /4.2969109.872/55.41/9694.842 7.739543 =??===+=-ρ℃ 该流速在推荐流速范围内。 4、 内壁与水的换热系数 ℃ ?=?-?+=-+=22.08.022 .08.02 /1370602.04.2)4.84041.04.84211630()041.0211630(m w d w t t pj pj i α 5、 外壁与蒸汽的凝结换热系数 管外壁温度是未知的，假设管外壁温度比蒸汽饱和温度小30℃，则管外壁温度为：
换热器及其基本计算
姓名：杜鑫鑫学号：0903032038 合肥学院 材 料 工 程 基 础 姓名： 班级：09无机非二班 学号：\ 课题名称：换热器及其基本计算 指导教师：胡坤宏
换热器及其基本计算 一、换热器基础知识 （1）换热器的定义： 换热器是指在两种温度不同的流体中进行换热的设备。 （2）换热器的分类： 由于应用场合不同，工程上应用的换热器种类很多，这些换热器照工作原理、结构和流体流程分类。 二、几个不同的换热器 （1）管壳式换热器 管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。 管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。管内的通道及与其相贯通的管箱称为管程；管外的通道及与其相贯通的部分称为壳程。一种流体在管内流动，而另一种流体在壳与管束之间从管外表面流过，为了保证壳程流体能够横向流过管束，以形成较高的传热速率，在外壳上装有许多挡板。 而壳管式换热器又可根据不同分为U形管式换热器、固定管板换热器、浮头式换热器、填料函式换热器几类。 (2) 套管式换热器 套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。 套管式换热器以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。两种不同直径的管子套在一起组成同心套管，每一段套管称为“一程”，程的内管（传热管）借U形肘管，而外管用短管依次连接成排，固定于支架上。热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体。通常，热流体由上部引入,而冷流体则由下部引入。套管中外管的两端与内管用焊接或法兰连接。内管与U形肘管多用法兰连接,便于传热管的清洗和增减。每程传热管的有效长度取4～7米。这种换热器传热面积最高达18平方米，故适用于小容量换热。当内外管壁温差较大时,可在外管设置U形膨胀节或内外管间采用填料函滑动密封，以减小温差应力。管子可用钢、铸铁、陶瓷和玻璃等制成，若选材得当，它可用于腐蚀性介质的换热。这种换热器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油化工等工业部门。
换热器设计计算范例
列管式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力。根据 传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换 热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 ◎初选换热器的规格尺寸 ◆ 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式， 重新计算。 ◆ 计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 估。 ◆ 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排 列。◎计算管、壳程阻力 在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计 算，直到合理为止。 ◎核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 ◎计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的 计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18 设计条件数据 物料流量 kg/h 组成（含乙醇量） mol% 温度℃操作压力 MPa 进口出口 釜液 3.31450.9
换热器计算.doc
换热器设计 物性参数 原料 进口的温度 25℃，换热后的温度 55℃，进口流量 h 原料液的定性温度： T=（25+55）÷ 2=40℃ 密度ρ 1= 900 kg/m 3 比热容 C P1= KJ/(Kg ·℃ ) 热导率λ 1 = W/(m ·℃ ) 粘度 μ = Pa · s 1 水 进入换热器的水温 90℃，换热后变为 60℃ 水的定性温度： T=（90+60）÷ 2=75℃ （ 75℃时） 密度ρ 0= kg/m 3 比热容 C P2= (Kg ·℃ ) 热导率λ 0 =（） 粘度 μ =估算传热面积 所需热流量 Q 1 m 1C P 1 t 1 1653.9 2.09 55 - 25 103699.53 KJ h 28.81KW 加热水用量 M 0=Q 1 /C P1 t 1=÷÷（ 90-60 ） =h=s 平均传热温差： tm 1=｛（ 90-25 ） -（ 60-55）｝ /ln （ 65/5） =℃ 传热面积： A Q 1 28.81 1000 12.31 m 2 1 tm 1 100 23.4 K 考虑 15%的面积裕度 A== 工艺结构尺寸设计 对于甘油三酯为易结垢和并不是很洁净的流体， 管径应取得大些， 初步选用φ 25×传热 管（碳素钢），取管内流速 u i m/s 。 管程数和传热管数 依据传热管内径和流速确定单程传热管数：
V 0.433 900 16 n 2 0.785 0.02 2 0.1 d 4 按单管程设计，所需的传热管长度为： A 14.2 L 11.3m d 0 n 3.14 0.025 16 按单管程的设计，传热管过长，应采用多管程结构，采用标准设计，取管长 l=6m ，则 该换热管的管程数为 L 11.3 N 2 l 6 传热管总根数 n 总=16 ×2=32 平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 R=(90－60)/ (55 －25)=1 ρ =(55－25)/ (90－ 25)= 按单壳程，双管程结构，由冷、热流体的进、出口温度计算温差修正系数 t 。 t 值应大于 ，否则应改变流动方式， 重新计算； 温差修正系数由 《 GB 151-1999 管壳式换热器》查图得。可得： t 0.85 平均传热温差 tm t t m 1 0.85 25.85 21.97 （℃） 传热管排列和分程方法 因壳程流体热水为不污性介质，正三角形排列可在相同的管板面积上排列较多的管子， 管外流体湍动程度高，给热系数大。取管心距 t 1.25d ，则 t 1.25 （ mm ） 壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率η =，则壳体的内径为 D 1.05t n 总 1.05 32 32 0.7 227.18mm
换热器的计算举例
换热器的计算举例 条件: 1.空气量4100m3/h 2.空气预热温度t空=300 0C (冷空气为20 0C) 3.烟气量V＇＇烟＝6500m3/h (烟气温度为7000C) 4.烟气成分（体积％） CO2 H2o O2N2 19.4 7.5 2.1 71.0 5.换热器的型式及材质 型式：直管形平滑钢管换热器 材质：换热管采用Ф 60*3.5毫米无缝钢管 材质16Mn钢最高使用温度小于4500C 计算举例： 一. 主要热之参数的确定 １.入换热器空气的温度t＇空=200C 出换热器空气的温度t＇＇空=3000C 2.入换热器空气量 取换热器本身的漏损及管道漏损 3% 则V真实=1.03 V＇空=1.03×4100=4223m/h 或 V空=1.03V＇空/3600=4223/3600=1.17m/s 3.入换热器烟气的温度 考虑16Mn铜的最高温度不大于450℃。初步确定入换热器的
烟气温度t′烟=550℃，稀释导数确定如下： 烟气700℃的比热为： C烟（700） =0.01（0.501×19.4+0.392×7.5+0.342×2.1+0.325×71） =0.365KJ／m3℃ 烟气在550℃的比热为： C烟（500） =0.01(0.484×19.4+0.383×7.5+0.337×2.1+0.321×71) =0.358 KJ／m3℃ 20℃空气的比热为0.311 KJ／m3℃ 则φ=（i1-i2）/(i2-i0） =(0.365×700-0.385×550)／（0.358×550-0.311×20） =0.309 4.入换热器的烟气量 V烟=（1+φ）V′烟 =（1+0.309）×6500 =8508.5m3／h 或 V烟=8508.5／3600=2.36m3／s 5.烟气成分（%） V CO2= V′CO2（V′烟/V烟）=19.4×6500/8508.5=14.82 V H20=V′H2O（V′烟/V烟）=7.5×6500/8508.5=5.73
换热器设计计算步骤
换热器设计计算步骤 1. 管外自然对流换热 2. 管外强制对流换热 3. 管外凝结换热 已知：管程油水混合物流量 G ( m 3/d)，管程管道长度 L (m)，管子外径do (m)， 管子内径di (m)，热水温度 t ℃， 油水混合物进口温度 t 1’, 油水混合物出口温度 t 2” ℃。 1. 管外自然对流换热 1.1 壁面温度设定 首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，t w ℃， 热水温度为t ℃，油水混合进口温度为'1t ℃，油水混合物出口温度为"1t ℃。 "w 11 t ()2 t t =+ 1.2 定性温度和物性参数计算 管程外为水，其定性温度为1()K -℃ 21 ()2 w t t t =+ 管程外为油水混合物，定性温度为'2t ℃ ''"2111 ()2t t t =+ 根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值 一般需要查出的为密度ρ (3/kg m ),导热系数λ(/())W m K ?，运动粘度2(/)m s ，体积膨胀系数a 1()K -，普朗特数Pr 。
表1 油水物性参数表 水 t ρ λ v a Pr 10 999.7 0.574 0.000001306 0.000087 9.52 20 998.2 0.599 0.000001006 0.000209 7.02 30 995.6 0.618 0.000000805 0.000305 5.42 40 992.2 0.635 0.000000659 0.000386 4.31 50 998 0.648 0.000000556 0.000457 3.54 60 983.2 0.659 0.000000478 0.000522 2.99 70 997.7 0.668 0.000000415 0.000583 2.55 80 971.8 0.674 0.000000365 0.00064 2.21 90 965.3 0.68 0.000000326 0.000696 1.95 100 958.4 0.683 0.000000295 0.00075 1.75 油 t ρ λ v a Pr 10 898.8 0.1441 0.000564 6591 20 892.7 0.1432 0.00028 0.00069 3335 30 886.6 0.1423 0.000153 1859 40 880.6 0.1414 9.07E-05 1121 50 874.6 0.1405 5.74E-05 723 60 868.8 0.1396 3.84E-05 493 70 863.1 0.1387 0.000027 354 80 857.4 0.1379 1.97E-05 263 90 851.8 0.137 1.49E-05 203 100 846.2 0.1361 1.15E-05 160 1.3 设计总传热量和实际换热量计算 0m v Q Cq t Cq t ρ=?=?v v C q t C q t αρβρ=?+?油油水水 C 为比热容/()j kg K ?，v q 为总体积流量3 /m s ，αβ分别为在油水混合物中 油和水所占的百分比，t ?油水混合物温差，m q 为总的质量流量/kg s 。 实际换热量Q 0Q Q *1.1/0.9= 0.9为换热器效率，1.1为换热余量。 1.4 逆流平均温差计算
换热器计算.doc
换热器计算的设计型和操作型问题(5.5)--传热过程 计算与换热器 日期:2005-12-28 18:04:55 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：椴木杉热度： 944 在工程应用上，对换热器的计算可分为两种类型：一类是设计型计算（或称为设计计算），即根据生产要求的传热速率和工艺条件，确定其所需换热器的传热面积及其他有关尺寸，进而设计或选用换热器；另一类是操作型计算（或称为校核计算），即根据给定换热器的结构参数及冷、热流体进入换热器的初始条件，通过计算判断一个换热器是否能满足生产要求或预测生产过程中某些参数（如流体的流量、初温等）的变化对换热器传热能力的影响。两类计算所依据的基本方程都是热量衡算方程和传热速率方程，计算方法有对数平均温差（LMTD）法和传热效率-传热单元数（e-NTU）法两种。 一、设计型计算 设计型计算一般是指根据给定的换热任务，通常已知冷、热流体的流量以及冷、热流体进出口端四个温度中的任意三个。当选定换热表面几何情况及流体的流动排布型式后计算传热面积，并进一步作结构设计，或者合理地选择换热器的型号。 对于设计型计算，既可以采用对数平均温差法，也可以采用传热效率-传热单元数法，其计算一般步骤如表5-2所示。 表5-2 设计型计算的计算步骤 例5-4 一列管式换热器中，苯在换热器的管内流动，流量为1.25 kg/s，由80℃冷却至30℃；
冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温度为20℃，出口温度不超过50℃。若已知换热器的传热系数为470 W/（m2·℃），苯的平均比热为1900 J/（kg·℃）。若忽略换热器的散热损失，试分别采用对数平均温差法和传热效率-传热单元数法计算所需要的传热面积。 解（1）对数平均温差法 由热量衡算方程，换热器的传热速率为 苯与冷却水之间的平均传热温差为 由传热速率方程，换热器的传热面积为 A = Q/KΔt m = 118.8x1000/(470X18.2) = 13.9 m3 （2）传热效率-传热单元数法 苯侧 (m C ph) = 1.25*1900 = 2375 W/℃ 冷却水侧 (m c C pc) =(m h C ph)(t h1-t h2)/(t c1-t c2) =2375*(80-30)/(50-20)=3958.3 W/℃因此， (m C p)min=(m h C ph)=2375 W/℃ 由式（5-29），可得 Qmax = (m C p)min(t h1-t c1) = 2375*(80-20) = 142.5*10^3 W 由传热效率和热容流量比的定义式 e = Q/Qmax = 118.8/142.5 = 0.83 C Rh=(m h C ph)/(m c C pc)=2375/3958.3=0.6 由式（5-39） 0.83=(1-exp[(1-0.6)*NTU])/(0.6-exp[(1-0.6)*NTU]) 可求出传热单元数 NTU=2.71 则换热器的传热面积为 A = (m C p)min/K *NTU = 2375/470 * 2.71 = 13.7 m^2 讨论：由计算结果可见：采用两种方法计算传热面积，由于计算原理相同，计算结果十分接近。而对数平均温差法较为简单。 二、操作型计算 对于换热器的操作型计算，其特点是换热器给定，计算类型主要有以下两种：
板式换热器的换热计算方法
板式换热器的计算方法 板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。 以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： ?总传热量(单位:kW). ?一次侧、二次侧的进出口温度 ?一次侧、二次侧的允许压力降 ?最高工作温度 ?最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。 温度 T1 = 热侧进口温度 T2 = 热侧出口温度 t1 = 冷侧进口温度 t2= 冷侧出口温度 热负荷 热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为： （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）
在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； m h,m c-----热、冷流体的质量流量，kg/s； C ph,C pc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)； T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为： 一侧有相变化 两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中 r,r1,r2--------物流相变热，J/kg； D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。 对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。
换热器热量及面积计算公式
换热器热量及面积计算 一、热量计算 1、一般式Q=Q c=Q h Q=W h（H h,1- H h,2）= W c（H c,2- H c,1） 式中： Q为换热器的热负荷，kj/h或kw； W为流体的质量流量，kg/h； H为单位质量流体的焓，kj/kg； 下标c和h分别表示冷流体和热流体，下标1和2分别表示换热器的进口和出口。 2、无相变化 Q=W h c p,h(T1-T2)=W c c p,c(t2-t1) 式中： c p为流体平均定压比热容，kj/(kg.℃)； T为热流体的温度，℃； t为冷流体的温度，℃。 3、有相变化 a.冷凝液在饱和温度下离开换热器，Q=W h r = W c c p,c(t2-t1) 式中： W h为饱和蒸汽（即热流体）冷凝速率（即质量流量）（kg/s） r为饱和蒸汽的冷凝潜热（J/kg） b.冷凝液的温度低于饱和温度，则热流体释放热量为潜热加显热
Q=W h[r+c p,h（T s-T w）] = W c c p,c(t2-t1) 式中： c p,h为冷凝液的比热容（J/（kg/℃））；T s为饱和液体的温度（℃） 二、面积计算 1、总传热系数K 管壳式换热器中的K值如下表： 注： 1 w = 1 J/s = 3.6 kj/h = 0.86 kcal/h 1 kcal = 4.18 kj 2、温差
（1）逆流 热流体温度T：T1→T2 冷流体温度t：t2←t1 温差△t：△t1→△t2 △t m=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1） （2）并流 热流体温度T：T1→T2 冷流体温度t：t1→t2 温差△t：△t2→△t1 △t m=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1） 对数平均温差，两种流体在热交换器中传热过程温差的积分的平均值。( 恒温传热时△t=T-t，例如：饱和蒸汽和沸腾液体间的传热。) 对数平均温差因为在冷凝器板换一系列的换热器中温度是变化的为了我们更好的选型计算所以出来一个相对准确的数值, 当△T1/△T2>1.7时用公式： △Tm=（△T1-△T2）/㏑（△T1/△T2）. 如果△T1/△T2≤1.7时，△Tm=（△T1+△T2）/2 二种流体在热交换器中传热过程温差的积分的平均值。 逆流时△T1=T1-t2 △T2=T2-t1 顺流时△T1=T1-t1 △T2=T2-t2 其中： T1 ——热流进口温度℃ T2——热流出口温度
换热器模拟实例教程
Aspen plus换热器模拟概述 换热器模块 Heater 加热器/冷却器确定出口物流的热和相态条件换热器，冷却器，阀门，与功有关的结果 不需要时的泵和压缩机 HeatX 双物流换热器在两个物流之间换热两股物流的换热器当知道几何尺寸时核 算管壳式换热器 MHeatX 多物流换热器在多股物流之间换热多股热流和冷流换热器两股物流的换热 器LNG换热器 Hetran 管壳式换热器 与BJAC 管壳式换热器的接口程序管壳式换热器包括釜式再沸器 Aerotran 空冷换热器 与BJAC 空气冷却换热器的接口程序错流式换热器包括空气冷却器
HeatX换热器 1. 概述 HeatX有两种简捷法和严格法计算模型。 简捷法（Shortcut）计算不需要换热器结构或几何尺寸数据，可以使用最少的输入量来模拟一个换热器。Shortcut模型可进行设计模拟两种计算，其中设计计算依据工艺参数和总传热系数估算出传热面积。 严格法（Detailed）可以用换热器几何尺寸去估算传热膜系数、总传热系数、压降、对数平均温差校正因子等。严格法核算模型对HeatX提供了较多的规定选项，但也需要较多的输入。Detailed模型不能进行设计计算。 可以将HeatX 的Shortcut和Detailed结合完成换热器设计计算。首先依据给定的设计条件用Shortcut 估算传热面积，然后依据Shortcut的计算结果用Detailed 进行核算。 在使用 HeatX 模型前，首先要弄清下面这些问题： （1）HeatX能够模拟的管壳换热器类型 逆流和并流换热器； 弓形隔板TEMA E, F, G, H, J和X壳换热器； 圆形隔板TEMA E和F壳换热器； 裸管和翅片管换热器。 （2）HeatX能够进行的计算 全区域分析； 传热和压降计算； 显热、气泡状气化、凝结膜系数计算； 内置的或用户定义的关联式。 （3）HeatX不能进行进行的计算 机械震动分析计算； 估算污垢系数。 （3）Hesttx需要的输入规定 必须提供下述规定之一 换热器面积或几何尺寸； 换热器热负荷； 热流或冷流的出口温度； 在换热器两端之一处的接近温度； 热流或冷流的过热度/过冷度； 热流或冷流的气相分率（气相分率为 0 表饱和液相）； 热流或冷流的温度变化。
换热器计算
热解工艺水-气换热装置（卧式）设计 摘要 城市生活垃圾是指城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物。城市生活垃圾具有二重性，如果经过合理的资源化处理，可转化为可再生利用的能源，但是如果不加以利用和合理处置将造成环境的污染。随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，源源不断的城市生活垃圾将会产生出来。城市生活垃圾的收集、运输和处理过程会产生大量的有害成分，从而对大气、土壤、水等造成污染，不仅严重破坏城市景观，而且传播疾病，威胁人类的健康甚至生命安全。城市生活垃圾已成为社会公害之一，是我国和世界各大城市面临的重大环境问题。 本设计对环境污染概况和城市垃圾进行了详细的介绍，由城市垃圾处理引申出垃圾热解技术。并且针对垃圾碳化热解装置的配套换热装置进行设计。通过对换热器的规格要求，特性参数，设计出热解交换器，并且绘制出工艺流程图来简单化的展示垃圾热解的处理方式及流程。 关键词：城市垃圾垃圾热解技术换热器
Pyrolysis process water - gas heat exchanger unit (horizontal) Design ABSTRACT MSW is the daily life of urban residents in activities or providing services for the city everyday solid waste generated. MSW has a duality, if after a reasonable treatment resources, can be converted to the use of renewable energy, but if you do not take advantage and reasonable disposition will cause environmental pollution. With the acceleration of urbanization and people's living standards improve, a steady stream of municipal solid waste will be generated out. Municipal solid waste collection, transportation and treatment process will generate a lot of harmful ingredients, resulting in the pollution of air, soil, water, etc., not only seriously undermine the urban landscape, and the spread of disease, the threat to human health or safety. MSW has become one of the social nuisance, are major environmental problems facing the country and the world's major cities. The design overview of environmental pollution and urban waste carried out a detailed description, come out of the garbage from the municipal waste pyrolysis technology. And heat transfer device is designed for supporting garbage pyrolysis carbonization device. Through the heat exchanger specifications, parameters, pyrolysis exchanger design
盘管换热器相关计算
一、铜盘管换热器相关计算 条件：600kg 水 6小时升温30℃单位时间内换热器的放热量为q q=GC ΔT=600**10^3*30/(6*3600)= 3500 w 盘管内流速1m/s ，管内径为0.007m ，0.01m ， 盘管内水换热情况： 定性温度40℃ 定性温度50℃ 管径0.014m Re Re 管径0.20m Re Re 湍流范围：Re=10^4~*10^5 物性参数： 40℃饱和水参数。 黏度—*10^-6 运动黏度— *10^-6 普朗特数— 导热系数—*10^2 w/(m. ℃) 求解过程： 盘管内平均水温40℃为定性温度时 换热铜管的外径，分别取d1=0.014m d2=0.02m 努谢尔特准则为 0.4 f 8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝** （d1） 0.4 f 8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝** （d2） 管内对流换热系数为 l Nu h f f i λ?= =*= （d1）
l Nu h f f i λ?= =*= （d2） 管外对流换热系数 格拉晓夫数准则为（Δt=10） 23/υβtd g Gr ?==**10^-4*10*.0163/*10^-6)2= （d1） 23/υβtd g Gr ?==**10^-4*10*.0223/*10^-6)2=（d2） 其中g= N/kg β为水的膨胀系数为386*10^-6 1/K 自然对流换热均为层流换热（层流范围：Gr=10^4~*10^8） 25 .023w w Pr t g l 525.0Nu ? ??? ????=να=*= （d1） 25 .023w w Pr t g l 525.0Nu ??? ? ????=να=*= （d2） 其中Pr 普朗特数为 对流换热系数为 d Nu m λ α= =*= （d1） d Nu m λ α= =*= （d2） 其中λ为(m. ℃) .传热系数U λ δ++=o i h 1h 1U 1=1/+1/+1/393= U= （d1） λ δ++=o i h 1h 1U 1=1/+1/+1/393=
换热器的换热面积计算
换热器热量及面积计算 一、热量计算 1、 一般式 Q=Wh（Hh,1- Hh,2）= Wc（Hc,2- Hc,1） 式中： Q为换热器的热负荷，kj/h或kw； W为流体的质量流量，kg/h； H为单位质量流体的焓，kj/kg； 下标c和h分别表示冷流体和热流体，下标1和2分别表示换热器的进口和出口。 2、无相变化 Q=Whcp,h(T1-T2)=Wccp,c(t2-t1) 式中 cp为流体平均定压比热容，kj/(kg.℃)； T为热流体的温度，℃； T为冷流体的温度，℃ 二、面积计算 1、总传热系数K 管壳式换热器中的K值如下表 冷流体热流体总传热系数K，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水水蒸气冷凝1420-4250气体水蒸气冷凝30-300 水低沸点烃类冷凝455-1140水沸腾水蒸气冷凝2000-4250轻油沸腾水蒸气冷凝455-1020 注： 1w=1J/s=3.6kj/h=0.86kcal/h 1kcal=4.18kj 2、 温差 （1）逆流 热流体温度T：T1→T2 冷流体温度t：t2←t1 温差△t：△t1→△t2 △tm=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1） （2）并流 热流体温度T：T1→T2 冷流体温度t：t1→t2 温差△t：△t2→△t1 △tm=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1） 3、面积计算 S=Q/(K.△tm) 三、管壳式换热器面积计算
S=3.14ndL 其中，S为传热面积m2、n为管束的管数、d为管径，m；L为管长，m。 四、注意事项 冷凝段：潜热（根据汽化热计算） 冷却段：显热（根据比热容计算 【本文档内容可以自由复制内容或自由编辑修改内容期待 你的好评和关注，我们将会做得更好】