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高温废气处理过程中列管换热器简要设计

发布时间: 2018-04-16

 

在进行废气处理过程中,经常遇到废气温度较高的情况。过高的废气温度不仅影响处理效率,同时也会降低处理设备的使用寿命,所以需要对废气进行降温处理。

目前,对废气降温的方法主要有两种:直接法和间接法。

直接冷却法是指将冷却介质(通常采用冷水)与废气直接接触进行换热。比如凉水塔、洗涤塔、喷射塔等,适用于冷热流体允许混合的场合。

间接法指冷热流体被隔开,互不接触,热量由热流体通过壁面传递给冷流体。如列管换热器、板式换热器等。

在这里,针对列管换热器进行简要设计说明。

案例:

假如工业废气温度较高,通过管道收集后废气温度为80℃,废气风量为5000m3/h,需要将其冷却至50℃,冷却水由25℃变为40℃,计算换热器面积及尺寸等相关参数。

(1)计算废气由80℃降温至50℃释放出的热量Q

空气与温度的密度关系式:

ρ=10-5t2-4.5×10-3t+1.2916

其中,密度 ρkg/m3

      温度 t:℃

80℃时废气质量流率为:m×V=5000kg/h

空气的比热与温度的关系式:60℃以下Cp=1005J/kg ℃)

70℃以上Cp=1009J/kg ℃)

废气由80℃降温至50℃释放出的热量Q=mCpT1-T2

                                     =5000×1007×80-50

                                      =41958w

(2)计算冷热流体间对数平均温差

热流体温度TT1→T2

冷流体温度tt2←t1

温差tt1=T1-t2  t2=T2-t1

tm=(t2-t1)/ln(t2/t1)=[(80-40)-(50-25)]/ln[(80-40)/(50-25)]=39.91

(3)计算换热面积

根据Q=KAtm得到A=Q/K/tm

查表可得,气-水总传热系数为12-60w/m2·℃),实际过程中,气-水传热效率较低,在这里取值20w/m2·℃)

A=41958/20/39.91=53m2

考虑换热器效率,预留30%的余量,则换热面积为70m2

(4)计算列管数量

气体走管程,冷却水走壳程,管程选取Φ38mm规格,标准管长有1.5m2.0m3.0m4.5m6.0m9.0m规格,在这里选取2m长规格,则列管数量为:

n=A/π/d/L=70/3.14/0.038/2=293

(5)计算换热器尺寸

中心管束数量:n’=1.19 =21

则塔径为D=( n’-1)×d’=0.96m

其中d’为两管中心间距,Φ38×2.5mm规格两管中心间距为48mm

则列管换热器简要设计为Φ1000×4000mm

复核:管程中废气气速:V=4.2m/s

     

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