《阴永泼2012列管式换热器.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《阴永泼2012列管式换热器.doc（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、食品工程原理课程设计说明书列管式换热器的设计姓名： 阴永泼 学号： 201048030201 班级： 粮工1002 2012年 12月 16日目录一、设计任务书31、设计题目32、设计内容33、设计要求3二、确定设计方案3三、确定物性数据3四、估算传热面积31、热流量42、平均传热温差43、冷却水用量44、计算换热面积4五、工艺结构尺寸41、管径和管内流速42、管程和传热管数43、平均传热温差校正及壳程数44、传热管的排列和分程方法55、壳体内径56、折流板57、拉杆与定距管58、分程隔板59、接管6六、换热器核算61、传热面积校核6、管程传热膜系数核算6、壳程传热膜系数核算7、总传热系数K7
2、、传热面积校核8、壁温核算8、换热器内压降的核算8七、换热器主要结构尺寸和计算结果表10八、参考文献10一、设计任务书1、设计题目：列管式换热器设计2、设计内容设计内容某生产过程中，需将20150kg/h的牛奶从140冷却至50，冷却介质采用循环水，循环水入口温度20，出口温度为40。允许压降不大于105Pa。试设计一台列管式换热器并进行核算。牛奶定性温度下的物性数据：密度1040kgm-3；黏度1.103*10-4Pas；定压比热容 2.11kJ/(kg )；热导率0.14W/(m )完成日期2012年12月21日3、设计要求序号设计内容要求1工艺计算热量衡算，确定物性数据，计算换热面积2结
3、构尺寸设计管径、流速、管程数、传热管数、壳径、壳程数、折流板数等3核算热量核算、流动阻力计算4编写设计说明书目录，设计任务书，设计计算及结果，参考资料等5其他设计的评述及有关问题的分析和讨论6图纸3#主视图（设备的主要结构形状及主要零部件间的装配连接关系）尺寸（表示设备的总体大小 规格 装配 安装等尺寸）主要零部件编号及明细栏管口符号及管口表等二、确定设计方案 两流体温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度50；冷流体进口温度40，出口温度20，该换热器用循环水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大.并且，浮头式换热器的管束可以从壳体中抽
4、出，便于清洗管间和管内。它适用于高压及壳体壁温与管壁温差较大且管内外流体易结垢的场所。综上所述，换热器选择浮头式，牛奶走壳程，水走管程。三、确定物性数据定性温度：牛奶 水名称 水 牛奶 密度kg/m3 995.7 1040比热KJ/(kg) 4.174 2.11导热系数kJ/(m) 0.6171 0.14 粘度10-4Pas 8.012 1.103四、估算传热面积1、热流量：（对应牛奶）2、平均传热温差：3、冷却水用量（忽略热损失）4、计算换热面积取K=300WM2K考虑15的面积裕度五、工艺结构尺寸1、管径和管内流速选用较高级冷拔传热管（碳钢）取管内流速 2、管程和传热管数 按单程管计算，所
5、需的传热管长度为取管长为9m则（管程）则传热管数总根数3、平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数计算如下： 查表知平均传热温差 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。4、传热管的排列和分程方法 采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用矩型排列取管心距t=1.25d0则 t=1.252532mm隔板中心到离其最近一排管中心距离 s=t2+6=22mm各程相邻管的管心距为44mm。5、壳体内径取管板利用率则壳体直径为计算的到的壳体直径应按换热器的系列标准进行圆整。壳体直径经常用的标准有159mm、273mm、400mm、500mm、600mm、80
6、0mm等。根据以上标准可取D=400mm。6、折流板 安装折流板的目的是为了加大壳程流体的湍流速度，使湍流程度加剧提高壳程流体的对流传热系数。在卧式换热器中折流板还起到支撑管束的作用。采用弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为，故可取h=100mm。取折流板间距，则个l-换热器管长。h-折流板间距的系列标准，m。 对于浮头式换热器有150mm、200mm、300mm、450mm、600mm五种，由此取h=15mm。折流板厚度：由标准取3mm。7、拉杆与定距管 折流板的安装固定是通过拉杆和定距管来实现的。拉杆是一根两端留有螺纹的长杆，一端拧入管板，折流板就穿在拉杆上，各板之间则
7、以套在拉杆上的定距管来保持板间距离，最后一折流板可用螺母拧在拉杆上予以紧固。拉杆数量与直径按表选取，本换热器壳体直径400mm，其拉杆直径为12mm，共有4根拉杆。8、分程隔板 为了把换热器做成多管程，可在流到室（官箱）中安装与管子中心线相平行的分程隔板。管程分程可采用各种不同的组合形式，但每一程中的管数应该大致相等，隔板的形式应简单，其密封长度应短。 管板上刨出沟槽以安装垫片，以保证管内各程之间的密封。分程的开槽结构如图，槽宽12mm，交角处用直线过渡。若影响管子胀口时，直线可改成虚线所示圆角结构，圆角半径R=7mm。 此外，管板上法兰面应与加工成的沟槽凹面相齐平，隔板槽两侧第一排管子中心之
8、间的距离c参考图选定。9、接管 壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为，则接管内径为，圆整后可取管内径为60mm。管程流体进出口接管：取接管内流体流速为 ，则接管内径为 ，圆整后可取管内径为100mm。六、换热器核算1、传热面积校核、管程传热膜系数核算。管程流通截面积管程流体流速和雷诺数分别为 普朗特数 管程外壁面温度设为95Uw0.298610-3PasUb0.801210-3Pas管程传热膜系数 、壳程传热膜系数核算。管子按正三角形排列，传热当量直径为壳程流通截面积壳体流体流速及其雷诺数分别为普朗特数黏度校正则壳程传热膜系数、污垢热阻和管壁热阻。查表知，管外侧污垢热阻，管内污垢热阻。已知管
9、壁厚度为，不锈钢在此条件下的热导率为48.8W/m。、总传热系数K。、传热面积校核实际传热面积换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。、壁温核算 因管壁很薄，且管壁热阻很小，故管壁温度按式计算。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15，出口温度为40计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，由tTmhctmhh1hc1hh
10、式中管程为tm0.4400.61525 hci4070.68WmK 壳程为Tm0.41400.65086 hh0478.98 WmK传热管平均温度 t31.42壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T95。壳程壁温和传热管壁温之差为t9531.4263.58 该温差较大，故需设温度补偿装置。由于换热器壳程流体压力较高，因此，需选用浮头式换热器较为适宜。、换热器内压降的核算a、管程阻力由，传热管相对粗糙度0.220=0.01，参考图双对数坐标图得，流速，所以 管程流体阻力在允许范围之内。b、壳程阻力按下式计算，其中流体流经管束的阻力，则流体流过折流板缺口的阻力，其中 ，则总阻力 七、换热器主
11、要结构尺寸和计算结果表参数管程壳程流率0.73m/s0.256m/s进/出口温度/20/40140/50压力/MPa0.180.09物性定性温度/3095密度/（kg/m3）995.71040定压比热容/kj/（kgk）4.1742.11粘度/（Pas）0.11030.8012热导率（W/mk） 0.61710.14普朗特数5.421.55设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/400台数1管径/252.5管心距/32管长/9000管子排列管数目/根56折流板数/个59传热面积/39.564折流板间距/120管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.730.256表面传热系数/W/（k）3545.32294.18污垢热阻/（k/W）0.0003350.000172阻力/ MPa0.170.09热流量/KW530.14传热温差/K51.74传热系数/W/（K）227.30裕度/% 26.9% 八、参考文献：化工单元过程及设备课程设计第二版主编：匡国柱 石启才化学工业出版社食品工程原理第一版主编：杨同舟中国农业出版社常用化工单元设备设计主编：李功祥、陈兰英华南理工大学出版社
