1、食品科學(xué)與工程專業(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目名稱列管式換熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明書專業(yè)班級(jí)10食品科學(xué)與工程1班2012 年01月06日目錄1、設(shè)計(jì)方案1 .1設(shè)計(jì)條件2、衡算2.1傳熱面積的計(jì)算： 煤油用量平均傳熱溫差熱流量初傳熱面積 2.2確定換熱管數(shù)目和管程數(shù)目 管層數(shù)和傳熱管數(shù)平均傳熱溫差及殼層數(shù)平均溫差較正系數(shù)： 2.3傳熱管排列和分層方法隔板中心到最近一排管中心距 殼體直徑折流板接管2.4換熱器核算傳熱面積核算殼程傳膜系數(shù)污垢熱阻和管壁熱阻總傳熱系數(shù)K傳熱面積校核2.5換熱器內(nèi)壓核算管程阻力殼程阻力3附錄及圖紙4總結(jié)5參考文獻(xiàn)6附圖1、設(shè)計(jì)方案列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。

2、它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。本論文是工業(yè)生產(chǎn)煤油用冷卻水冷卻的換熱器進(jìn)行選擇、及主要設(shè)備工作部件尺寸的設(shè)計(jì)。1 .1設(shè)計(jì)條件水入口溫度10C，出口溫度60C,流量20 m3/h;煤油入口溫度170C，出口溫度50 °C。2、衡算管層的定性溫度T=10/2+60/2=35C ;殼層的定性溫度 T=170/2+50/2=110C。查詢煤油物理性質(zhì)表煤油在110C下有關(guān)物理參數(shù)如下：密度p =825kg/m；粘度卩=7.15 x-1pas；比熱容 Cp=2.2kJ/(kg C);導(dǎo)熱系數(shù) 入=0.14W/(mC)。查詢飽和水的物理性質(zhì)表 水在35C有關(guān)的物理參數(shù)：密度

3、p =994.2kg/m；粘度卩=0.723 x-3Pas；比熱容 Cp=4.174kJ/(kg C);導(dǎo)熱系數(shù) 入=0.62W/(m-C)。2.1傳熱面積的計(jì)算：煤油用量qm,c=體積流量 x密度=20X994.2=19884kg/h平均傳熱溫差先按照逆流計(jì)算。Atm(T -T2) -館-t2)(170 - 50) - (60 -10)ln60 -10= 80.0 C式中T1為煤油入口溫度；T2為煤油出口溫度；t1為水入口溫度；t2為水出口溫度Qt =qm,cCp(t1 t2)=19884 漢4.174 漢(60 10) =4149790.8 (kJ/h)假設(shè) K=300W/(m 2 C )

4、則-T48 m2K Atm2.2確定換熱管數(shù)目和管程數(shù)目 管徑和管內(nèi)流速先取管內(nèi)流速為ui=2.0m/s,故d=17mm。因市面上無(wú)此規(guī)格管徑，故選取© 2.525mm的管子。其內(nèi)徑為25-2 >2.5=0.02m,故內(nèi)徑實(shí)際流速可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：按單管層計(jì)算，所需傳熱管長(zhǎng)度為:S估L 估 35 mndoNs單管過(guò)長(zhǎng)，采用多管結(jié)構(gòu)選用l=7m長(zhǎng)的管子，管程數(shù)為：按照單殼層，雙管層結(jié)構(gòu)，查溫差校正系數(shù)員值3也=0.86，平均傳熱溫差A(yù)tm 二 ©At Atmin =68.8 C由于平均傳熱較正系數(shù)大于0.8。同時(shí)殼層程流體流量越大，故采取單殼層合適

5、 2.3傳熱管排列和分層方法采用組合排列法。每程均按正三角排列，隔板采用正方形排列。管心距 Pt=1.25d0，則 Pt=1.25 X 25=31.25 32mmPZ L 6 =22 mm各程鄰管的管心距為44mm。采用多管程結(jié)構(gòu)，正三角排列n =0.70.85故計(jì)算取管板利用率 0.75,則查詢殼體直徑公式為506 mm3L式中n為管板利用率；n為換熱器總管數(shù)。故取 D=600mm。列管式換熱器殼程流體流通面積比管程流通面積大，為增大殼程流體的流速，加 強(qiáng)其喘流程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需設(shè)置折流板。折流板采用弓形流板，弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑25%，則切去圓缺高度為h=0.25 X00

6、=150mm,故可取 h=150mm。取折流板間距 B=0.7，則B=0.7 000=420mm。故可取B=400mm。折流板數(shù)目殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)煤油流速為U1=0.7m/s，貝U接管內(nèi)徑為取管內(nèi)徑為150mm。管層流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)流體流速U2=1.0m/s，貝U接管內(nèi)徑取管內(nèi)徑為100mm。2.4換熱器核算查詢管程低粘度對(duì)流傳熱系數(shù)公式式中a對(duì)流傳熱系數(shù)，(W/m2：C)； k流體的熱導(dǎo)率，(W/mC)； di為 管內(nèi)徑，m； Re雷諾數(shù)；Pr普朗特?cái)?shù)。管層流體流通面積= 5.65 10 "m2管層流體和雷諾數(shù)分別為1 ,5 = 203 = 1.0 m/s360

7、0 5.65 10普朗數(shù)查詢殼程無(wú)相變對(duì)流傳熱系數(shù)公式3管子按正三角排列，傳熱當(dāng)量直徑為dPt相鄰兩管中心距，m； d0管外徑,m。殼程流通截面積d02S0 =BD(1 -0) =0.053 m Pt殼層流體和雷諾數(shù)分別為U0198840.053 3600 825= 0.13 m/s普朗數(shù)黏度較正1a0 =0.36 30000'55 11.2' 1.05 =484 (W/m2 C)0.02查詢壁面污垢熱阻的數(shù)值范圍表3，管外側(cè)污垢熱阻R0=1.7197 X0-4m2 C /W管內(nèi) 側(cè)污垢熱阻 Ri=1.7197 10-4m2 -C/W。已知管壁厚度b=0.0025m,碳鋼在改條

8、件下熱導(dǎo)為50W/(mC)d°dialR出R0丄 di kma。2= 361(W/m2 C)計(jì)算出的傳熱面積'Qt2S =40m2TAtm換熱器實(shí)際傳熱面積SS 二 MoINt = 49 m換熱器面積黏度故該換熱器能完成生產(chǎn)任務(wù)，即該方案可用。2.5換熱器內(nèi)壓核算管程阻力©pu2Ns =1 , Np =2 , Ap - kd 2由Re=27502>2000為湍流，查詢摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)、相對(duì)粗糙度間關(guān)系圖3:傳熱管相對(duì)粗糙度 0.01,入=0.038 Ui=1.00m/s, p=994.2kg/m3管程流體阻力在允許范圍內(nèi)。殼程阻力已知 Ns=1, Ft=1流體

9、流經(jīng)管束的阻力F =0.5, fo=5 Re嚴(yán)=0.50, Nb =17流體經(jīng)過(guò)折流板缺口阻力總阻力3附錄及圖紙附表一換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率 /(kg/h)19884220000進(jìn)(出)口溫度/°c10(60)170(50)壓力/MPa0.46.9物性定性溫度/c35110密度 /(kg/m3)994.2825定壓比熱容/kJ/(kg C-)4.1742.2黏度Pa s0.742 X0-37.15 X0-4熱導(dǎo)率W/(m -C)0.6260.14普朗特?cái)?shù)4.8411.2設(shè)備結(jié) 構(gòu)參數(shù) 設(shè)備結(jié)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600臺(tái)數(shù)1設(shè)備結(jié) 構(gòu)參數(shù)管徑/mm&#

10、169; 25X 2.5管心距/mm32管長(zhǎng)/mm7000管子排列正三角形管數(shù)目/根90折流板數(shù)/個(gè)17傳熱面積/m48折流板間距/mm400管程數(shù)5材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)1.00.13表面積傳熱系數(shù)/W/(m -C )4816484污垢熱阻/(m2 C /W)1.7197 1<04-41.7197 10 4阻力/MPa0.022696.82 10-4熱流量/kW1132.72傳熱溫差/K80傳熱系數(shù)/W/(m 2 C)361裕度：%1.23備注：本設(shè)備采用管程為碳鋼，且殼程為金屬。故其保養(yǎng)得當(dāng)可長(zhǎng)期使用，本設(shè)備因管程為水，殼程為煤油且管束可以抽出單獨(dú)清洗。故可人工清洗。壓力維持設(shè) 備：因此煤油是工業(yè)提取后冷卻用，故可在需要高度修建一個(gè)儲(chǔ)油池。采用重力作用 維持設(shè)備運(yùn)行；關(guān)于設(shè)備選型詳見(jiàn)上表及附圖。4總結(jié)采用浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)：管束可以抽出，以方便清