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1、 0 食品工程原理 课 程 设 计 说 明 书 米糠米糠油油冷却冷却用列管式换热器用列管式换热器的设计的设计 姓名姓名： 马马 坦坦 学号：学号： 201111010704 班级班级： 食工食工 1107 1 2013 年 12 月 13 日 目目 录录 一、设计依据及指导思想-3 二、主要参数说明-3 三、设计计算-5 1、确定设计方案-5 2、确定物性数据-5 3、计算总传热系数-6 4、计算传热面积-7 5、工艺结构尺寸-7 6、换热器核算-9 1）热量核算-9 2）换热器内流体的流动阻力-11 3） 换热器主要结构尺寸和计算结果总表-13 7、离心泵的选择-13 四、设计结果-16 五
2、、参考文献-16 2 一、设计一、设计依据及指导思想依据及指导思想 换热器广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业。在食品工业中 的加热、 冷却、 蒸发和干燥的单元操作中， 我们也经常见到换热器应用于食品物料的加热或冷却。 在众多类型的换热器结构中，管壳式换热器应用最为广泛，因此要根据特定的工艺要求设计合理 的换热器，以满足不通场所的需求。 选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洁，符合实际需要等原则。换热器分为几 大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板 翅式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。在众多类型
3、的换热器中，浮头 式换热器应用较为广泛。它的结构简单，其优点有介质间温差不受限制，可在高温，高压下工作， 可用于结垢比较严重的场合，可用于管程易腐蚀场合，尤其是其内管束可以抽出，以方便清洗管 及壳程，管束在使用过程中由温差膨胀而不受壳体约束，不会产生温差压力，所以，首选浮头式 换热器。 3 二、主要参数说明二、主要参数说明 B折流板间距，m； C系数，无量纲； d管径，m； D换热器外壳内径，m； f摩擦系数； F系数； h圆缺高度，m； K总传热系数，W/(m2)； L管长，m； m程数； n指数； N管数； NB折流板数； Nu怒赛尔特准数； P压力，Pa； Pr普兰特准数 q热通量，W/
4、m2； Q传热速率，W； r半径，m； R热阻， 2 /;mC W Re雷诺数； S传热面积，m2； t冷流体温度，； T热流体温度，； u流速，m/； W质量流量，kg/s； a对流传热系数， 2 /()wmC 有限差值； 导热系数，/()wm C； 粘度，Pa.s； 密度，kg/m3； 校正系数； 下标 4 c冷流体； h热流体； i管内； m平均； o管外； s污垢. 三、设计计算三、设计计算 1.确定设计方案确定设计方案 工艺要求：工艺要求： 某油厂用井水将从反应器出来的米糠油从 135冷却到 45， 井水进、 出口温度分别为 10 和 30，米糠油的流量为【学生学号最后两位数100+
5、3400】kg/h,若要求换热器的管程和壳程 压强降均不大于 30kPa，试选择合适型号的列管式换热器。 （1）选择换热器的类型 两流体温度变化情况： 热流体进口温度 135， 出口温度 45， 冷流体(循环水)进口温度 10， 出口温度 30。浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动。壳 体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。浮 头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体，这样为检修，清洗提供了方便。 （2）流动空间及流速的确定 由于循环冷却水较易结垢， 为便于水垢清洗， 应使循环水走管程， 油品走壳程。 选用 25
6、 2.5 的碳钢管，管内流速取 i u=0.8m/。 2确定物性数据确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程米糠油的定性温度为 T=135 45 2 + =90() 管程冷却水的定性温度为 t=10 30 2 + =20() 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 米糠油在 90下的有关物性数据如下： 密度 0 =952 kg/m3 定压比热容 0 p c =2.261kJ/(kg ) 5 导热系数 0 =0.176W/(m ) 粘度 0 =0.744 Pa s 循环冷却水在 20下的物性数据： 密度 i =998.2kg/m3 定压比热容 i p c =4.18
7、3 kJ/(kg k) 导热系数 i =0.5985W/(m k) 粘度 i =0.0010042 Pa s 3计算总传热系数计算总传热系数 （1）热流量 Qo=Wocpoto=3800/3600 2.261 (135-45)=214.80(kW) （2）平均传热温差 12 1 2 (13530)(45 10) 13530 lnln 45 10 m tt t t t = 63.72（ （3）冷却水用量 0 214.80 3600 9243.13 4.183 (30 10) i i pi Q w ct = (kg/h) （4）总传热系数 K 管程传热系数管程传热系数 0.40.8 0.02 0.
8、8 998.2 15904.4 0.0010042 0.023 i iii e i pi iiii i iii d u R c d u d = = () 0.4 3 0.80.59854.183 100.0010042 0.02315904.43447.25 0.020.5985 = W/( m2 ) 壳程传热系数壳程传热系数 假设壳程的传热系数 0 =400 W/(m2 )； 污垢热阻 i s R=0.000172m2 /W , 0 s R=0.000516m2 /W 管壁的导热系数 =45.4 W/( m ) 6 000 0 0 2 1 1 1 0.0250.0250.0025 0.025
9、1 0.0001720.000516 3447.25 0.0200.02045.4 0.0225400 273.61/() sis iiim K ddbd RR ddd Wm = + = + = 4计算传热面积计算传热面积 3 2 214.80 10 12.32() 273.61 63.72 m Q sm K t = 考虑 15的面积裕度.S=1.15S=1.1512.32=16.17(m2)。 5工艺工艺结构尺寸结构尺寸 （1）管径和管内流速 选用 25 2.5 传热管（碳钢），取管内流速 ui=0.8m/s （2）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 7 2 2 9243
10、.13/(998.2 3600) 12 0.785 0.020.8 4 s ii V n d u = （根） 按单程管计算，所需的传热管长度为 0 16.17 17.17( ) 3.14 0.025 12 s S Lm d n = 按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长 L=6m，则该换热器管程数为 17.17 =2.86 6 P L N l = 取管程为 4 传热管总根数 N =12 4=48(根) （3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 13545 3 40 10 40 10 0.24 135 10 R P = = 按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关
11、图表，可得 t=0.835 平均传热温差 tm=ttm=0.801 63.72=51.04() 由于平均传热温差校正系数大于 0.8，同时壳程流量较大，故取单壳程合适。 （4）传热管排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距 t=1.25 0 d，则 t=1.252532(mm) 各程相邻管的管心距为 44m 横过管束中心线的管数 1.11.1 488 c nN= (根) （5）壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率 0.71，则壳体内径为 1.05/1.05 3248/0.71276.27()Dt Nmm= 圆整可取 400mm （6）折流板
12、8 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 20，则切去的圆缺高度为 h 0.20 40080(mm)，故可取 h80 mm。 取折流板间距 B0.3D，则 B0.3 400120 (mm) 则可取 B 为 150 折流板数 B N=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块) 折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为 u1.5 m/s，则接管内径为 44 3800/(3600 952) 0.031( ) 3.14 1.5 V dm u = 取标准管径为 50 mm。 管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u1.1m/s，则接管内径为 /4 9243.13/(3600 998.2) 0.055( ) 3.14 1.1 4 i W dm u = 6换热器核算换热器核算 （1）热量核算）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用公式 0.14 0.5071/3 0 0.36 er ew R
