初步换热器设计实例
热交换器的设计是一个迭代过程,使用热交换器设计方程来估算所需的传热面积,基于总传热系数,指定热负荷和对数平均温差(来自入口和出口温度)的估计。
换热器设计方程
基本换热器设计方程,Q = UAΔTlm,当用作设计方程式来计算所需的传热表面积时,可以重新排列等式以变为:A = Q /(UΔTlm),其中Q以Btu /小时所需的热传递速率,U是在BTU /总传热系数HR- Ò F和Δt的LM是对数平均温差Ò F.
整体换热器设计过程
热交换器的设计是迭代(试验和错误)过程。以下是该过程的一组步骤
- 根据有关流体流速和温度的指定信息,以Btu / hr计算所需的传热速率Q.
- 根据所涉及的流体,初步估算总传热系数U.
- 根据两种流体的入口和出口温度计算对数平均温差ΔTlm。
- 使用下式计算所需的估计传热面积:A = Q /(UΔTlm)。
- 选择初步热交换器配置。
- 根据初步热交换器配置,对总传热系数U进行更详细的估算。
- 估算热交换器的压降。如果太高,请修改热量驱动器配置,直到压力下降可接受为止。
- 如果U的新估计值与先前估计值显着不同,则根据需要重复步骤4到7,直到两个估计值与期望的准确度相同。
为了启动换热器设计过程,需要以下几项信息:
- 需要识别所涉及的两种流体。
- 需要每种流体的热容量。
- 需要其中一种流体所需的初始和最终温度。
- 需要其他流体的初始温度的设计值。
- 需要初始估算总传热系数U的值。
知道前四项允许确定所需的传热速率Q,以及两种流体的入口和出口温度,从而允许计算对数平均温差ΔTlm。随着值现在可用于Q,U,和ΔT 流明,对于所需的传热面积的初始估计可从下式计算,A = Q /(UΔTlm)。
示例计算
示例#1:计算将55,000 lb / hr的轻油(比热= 0.74 Btu / lb- o F)从190 o F 冷却到140 所需的换热器面积的初步估算值ø F使用冷却水可在50 ö F的冷却水可以被允许加热到90 ö F.一种的总传热系数的初始估计120个英制热量单位/小时-英尺2 –ö F.此外估计所需的冷却水质量流量。
解决方案:首先根据所需的轻油冷却计算所需的传热速率:
Q =(55,000磅/小时)(0.74 Btu / lb- o F)(190-140 )o F = 2,035,000 Btu / hr。
接下来计算对数平均温差:
ΔT LM = [(190 – 90) – (140 – 50)] / LN [(190 – 90)/(140 – 50)] = 94.9 ö ˚F
初步面积估算现在可以计算如下:
A = Q /(UΔT LM)= 2035000 /(120)(79.58)= 178.7英尺2 = A
所需的水的质量流量可以从Q = mCpΔT计算。
重新排列:m = Q /CpΔT=(2,035,000 Btu / hr)/(1 Btu / lb- o F)(40 o F)= 50,875 lb / hr
实施例#2:壳管式热交换器用于实施例#1中所述的轻油冷却。应该使用3英寸直径和10英尺长度的管子?
解决方案:每管的表面积为πDL=π(3/12)(10)ft 2 = 7.854 ft 2。因此所需的管数将是:
n = 178.7英尺2 /7.854英尺2 /管= 22.7管(圆形至23管)。