1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 列管式換熱器的設(shè)計(jì)胡碩食品學(xué)院食科142班姓名：_學(xué)院班級(jí):學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師:設(shè)計(jì)時(shí)間:20106.04目錄一、換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 二、摘要 三、初步選定換熱器 四、設(shè)計(jì)計(jì)算 五、收獲 六、參考文獻(xiàn)-15 -附件一換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 附件二 主要符號(hào)說(shuō)明、換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一臺(tái)用飽和水蒸氣加熱水的列管式固定管板換熱器2設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1）處理能力 130 t/h 2）設(shè)備型式 列管式固定管板換熱器3）操作條件水蒸氣：入口溫度147.7 C，出 口溫度 147.7 C冷卻介質(zhì)：自來(lái)水,入口溫度 10C，出口溫度80C允許壓強(qiáng)降：管程10八

2、4-10八5,殼程10八3-10八44）設(shè)計(jì)項(xiàng)目 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。 換熱器的工藝計(jì)算：確定換熱器的傳熱面積。 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。 主要輔助設(shè)備選型。 繪制換熱器總裝配圖。二、摘要在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱(chēng)為熱交換器，簡(jiǎn)稱(chēng)為換熱器。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類(lèi)型也多種 多樣，不同類(lèi)型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。列管式換熱器又稱(chēng)為 管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用， 主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在內(nèi)流 動(dòng)，其行程稱(chēng)為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱(chēng)為殼程。管束

3、的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān) 固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大 型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安 裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短 路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍流 程度大為增加。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類(lèi)型，然后計(jì)算 換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。三、初步選定換熱器1、選擇換熱器的類(lèi)型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度 147.7C 出口溫度147.7 C;冷流體進(jìn)口溫度10C，出口溫度為80C，

4、該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因 素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確 定選用固定管板式列管式換熱器。2、管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使水蒸氣走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污 垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使循 環(huán)水走管程，水蒸氣走殼程。3. 冷熱流體流向安排：逆流4. 管徑和管內(nèi)流速選用25X 2.5mm較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），參見(jiàn)資料取管內(nèi)流速u(mài)i=1.5m/s。設(shè)計(jì)參數(shù)水水蒸汽入口溫度C10出口溫度IC80定性溫度re45147.7密度 /kg m-3990.0

5、2.4152黏度 /Pa s-10.0006000.0000128定壓比熱容/kJ kg-1 k-14.174熱導(dǎo)率/Wm-1 k-10.64000.6835汽化潛熱/kJ kg-12125.4四、設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明（一）計(jì)算總傳熱系數(shù)1、熱流量Qi mCp T =130/3600 X 1000 X 4.174 X (80-10)=10550 kJ/s水蒸氣流速(kgQ 10550 10005.212125.4 1000Vs=m/p=2.16m3/s2、平均傳熱溫差 ( t1 - t2) tm ,1 = 7n / t2=(137.7-67.7)/In (137.7/67.7)式中:t1147.7

6、10 137.7 C ,t?147.7 8067.7 C求得 tm,1=98.59 C3、計(jì)算傳熱面積 A求傳熱面積A需要先知道傳熱系數(shù) K值，而K值又與給熱系數(shù)、污垢熱阻等有關(guān)。在換熱器的直徑、流速等參數(shù)未定時(shí)，給熱系數(shù) 也無(wú)法計(jì)算，所以只能先進(jìn)行試算。根據(jù)資料查得和水之間的傳熱系數(shù)在1300W/( rn-C ）左右，先取K值為1100W/（ mC ）計(jì)算，則傳熱面積為：由 Q= KA tm 得:QiKim97.3 ()98.59 1100考慮安全系數(shù)5%-15% 取 10% 貝J A=97.3X (100+10) %107 () （二）工藝結(jié)構(gòu)尺寸1、管程數(shù)和傳熱管數(shù)設(shè)所需單程管數(shù)為 n從

7、管內(nèi)流量體積可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)ms131.3（ m- h-1）990.0V131.3/3600”n 2 77.20.785 0.0252 1.5-di U1按單程管計(jì)算,107所需的單程傳熱管長(zhǎng)度為：L= nOn 3.14 0.025 7717-7m按單程管設(shè)計(jì),傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=4.5m，則該換熱器的管程數(shù)為:L 17 7NP=- 17.7 3.9 4l 4.5傳熱管總根數(shù)：N t=77X 4=308 （根）2、傳熱管排列和分程方法(1) 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。/ 1

8、（2）取管心距 t=1.25d0，貝J t=1.25 X 25=31.2532 m隔板中心到離其最近一排管中心距離計(jì)算:S二"2+6=32/2+6=22 mm(3)各程相鄰管的管心距為44 mm。3、殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n =0.7，貝y殼體內(nèi)徑為:D=1.05tJNt/1.05 32/308/0.7 681mm可取 D=700mm 4、折流擋板(1)采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%則切去的圓缺高度為:H=0.25D=0.25X 700=175m故可取H=200mm(2) 折流板間不小于0.2D,不大于D,取折流板間距h=350mm(3) 折流板

9、用拉桿和定距管固定5、接管直徑(1)殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)蒸汽流速為u = 40m/s，貝y接管內(nèi)徑為 ？?d1 J竺啟空咤0.262m mmP u ¥3.14 40圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸為273 X 8mm(2)管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水流速 u = 2.5m/s，則接管內(nèi)徑為3.14 2.5d2130000/(3600 "O.O)136.3 mm圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸為165 X 4.5mm(3)冷凝口出口管徑：取管內(nèi)流速u(mài) = 2.0m/s圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸為60 X 3.5mm(4)不凝性氣體出口管徑自取76X 3mm6、管板及外殼壁厚度(1)管板厚度3d043 0.0251

10、8.75mm4(2)外殼壁厚度自取 14mm7、外殼直徑及長(zhǎng)度(1)外殼直徑D=700mm(2)外殼長(zhǎng)度=4500+700+350+X 14=5578mm&容器法蘭查閱相關(guān)資料,可得法蘭外徑:975mm法蘭厚度:44mm螺栓孔直徑：30mm螺栓孔數(shù)：24mm9、封頭設(shè)計(jì)封頭選取：蝶形封頭 厚度:14mm查資料得相近固定管板式換熱器的主要參數(shù)，如下圖:項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D (DN700 mm管尺寸 25X 2.5 mm管程數(shù)N4管長(zhǎng)l4.5 m管數(shù)n322管排列方式正三角形排列中心排管數(shù)nc21管心距32 mm管程流通面積S0.0253 m2傳熱面積A111.2 m2對(duì)照上表可做以下核

11、算:每程的管數(shù)ni=總管數(shù)n/管程數(shù)2=322/4=80.5,管程流動(dòng)面積S =(n /4)( 0.02)2X 80.5=0.0253m2,與查得的 0.0253m2很好符合;2傳熱面積 A=n d0ln=3.14 X 0.025 X 4.5 X 80.5=113.8 m，比查得的111.2 m2稍大，這是由于管長(zhǎng)的一部分需用于在管板上固定管子。應(yīng)以查得的A=111.2m為準(zhǔn);中心排管數(shù)nc,查得的nc=21正合適。（三）換熱器核算1、熱流量核算1）管程給熱系屬普朗特?cái)?shù)PrCPH 3.91i=7234.9W/m2?k2）殼程給熱系數(shù)經(jīng)計(jì)算 o=7951.4W/m2?k3）傳熱系數(shù)Ke1 R R

12、do _ddo b)；0 A "7)2=1109.5 w/m k4）所需傳熱面積Ac為謬980廟96.5m2面積裕度為H T 皆 15.2% 傳熱面積裕度在10%-25%間合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。五、收獲經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的計(jì)算和設(shè)計(jì)，我成功地設(shè)計(jì)出了一個(gè)列管換熱器，這讓 我收獲頗多。1）首先我了解到了設(shè)計(jì)儀器的一般步驟， 讓我對(duì)于換熱器有了更加深 層次的了解 .2）其次，我了解到了把書(shū)本上的簡(jiǎn)單符號(hào)轉(zhuǎn)換到實(shí)際設(shè)計(jì)中有多么困難，有太多的問(wèn)題需要去考慮，這些不是單純的計(jì)算能夠解決問(wèn)題的， 需要查閱大量的資料才能解決。3）最后，我對(duì)于實(shí)際工具的設(shè)計(jì)有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)， 這對(duì)于我在以后實(shí) 際

13、工作有很大的幫助。六、參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn)1羅舜青，劉成梅.食品工程原理【Ml .北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010.2姚玉英.化工原理【 M】 .天津：大學(xué)出版社 ,1999.3譚天思. 化工原理【 Ml . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2006.4劉雪暖. 化工原理課程設(shè)計(jì)【 Ml . 山東:石油大學(xué)出版社 ,2001.5李云飛. 食品工程原理概念與習(xí)疑解答【 Ml . 北京 : 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) ,2004.6唐克中.畫(huà)法幾何與工程制圖【 Ml .北京:高等教育出版社 ,2002.附件一換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器型式：固定管板式換熱器面積(m):111.2工藝參數(shù)名稱(chēng)管程殼程物料名稱(chēng)循環(huán)水水

14、蒸氣操作壓力/MPa常壓0.45操作溫度/C10/80147.7/147.7流量 /kg h-113000018756流體密度/kg m 3990.02.4152流速/m s1.535.27對(duì)流傳熱系數(shù)/w nf k-17234.97951.4污垢系數(shù)/ m k W0.00040.000052程數(shù)N41使用材料碳鋼碳鋼項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)總傳熱系數(shù)/W m-1 k-11109.5傳熱量/kw10550殼內(nèi)徑D(DN)700mm管尺寸025X2.5mm管長(zhǎng)l/mm4500外殼長(zhǎng)度/mm5578管數(shù)n322中心排管數(shù)nc21管心距/mm32相鄰管心距/mm44折流擋板型式弓形圓缺高度/mm200折流板間距/mm350折流擋板厚度/mm6管程流通面S/m20.0253管排列方式正三角形水蒸氣接口管徑/mm 273 X 8循環(huán)水接口管徑/mm 165X 4.5冷凝水出口管徑/mm 60X 3.5不凝性氣體出口管/mm 78 X 3管板厚度/mm18.75外殼壁厚度/mm14封頭厚度/mm14封頭型式蝶形螺栓孔徑/mm30法蘭外徑/mm975法蘭厚度/mm44螺栓孔數(shù)/個(gè)24螺栓孔中心圓徑/mm920螺紋規(guī)格M27拉桿直徑/mm16拉桿數(shù)目6附件二主要符號(hào)說(shuō)明符號(hào)說(shuō)明符號(hào)說(shuō)明Q傳熱速率，W