列管式换热器设计

食品工程原理课程设计设计书设计题目：列管式换热器的设计姓名：胡硕学院班级：食品学院食科142班学号：753461153指导老师：张彬设计时间：2016.05.30~06.04一、换热器设计任务书目录错误!未定义书签。二、摘要错误一、换热器设计任务书目录错误!未定义书签。二、摘要三、初步选定换热器错误!未定义书签。四、设计计算错误!未定义书签。五、收获错误!未定义书签。六、参考文献错误!未定义书签。附件一换热器主要结构尺寸和计算结果........错误!未定义书签。附件二主要符号说明-15-一、换热器设计任务书1、设计题目设计一台用饱和水蒸气加热水的列管式固定管板换热器设计任务及操作条件（1）处理能力130t/h（2）设备型式列管式固定管板换热器（3）操作条件水蒸气：入口温度147.7°C，出口温度147.7°C冷却介质：自来水，入口温度10C，出口温度80C允许压强降：管程10"4-10"5,壳程10^3-10^4（4）设计项目设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。换热器的主要结构尺寸设计。主要辅助设备选型。绘制换热器总装配图。二、摘要在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。三、初步选定换热器1、选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度147.7°C出口温度147.7°C；冷流体进口温度10C，出口温度为80C，该换热器用循环冷却水冷却，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度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用固定管板式列管式换热器。2、管程安排从两物流的操作压力看，应使水蒸气走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，水蒸气走壳程。冷热流体流向安排：逆流管径和管内流速选用①25X2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），参见资料取管内流速uj1.5m/s。设计参数水水蒸汽入口温度/C10出口温度/C80定性温度/C45147.7密度/kg•m-3990.02.4152黏度/Pa•s-10.0006000.0000128定压比热容/kJ•kg-1•k-14.174热导率/w・m-1•k-10.64000.6835汽化潜热/kJ•kg-12125.4

四、设计计算与说明（一）计算总传热系数1、热流量Q1=mCpNT=130/3600X1000X4.174X(80-10)=10550kJ/s水蒸气流速Q10550X1000=521(kg/s)2125.4X1000•Vs=m/p=2.16m"3/s△tm，1In△（△L-疽△tm，1In△（△L-疽2）t2式中：At]=147.7-10=137.7t,At2=147.7-80=67.7T求得△«=98.59T3、计算传热面积A求传热面积A需要先知道传热系数K值，而K值又与给热系数、污垢热阻等有关。在换热器的直径、流速等参数未定时，给热系数也无法计算，所以只能先进行试算。根据资料查得和水之间的传热系数在1300W/(系数在1300W/(tf-T)左右先取K值为1100W/（tf-T）计算，则传热面积为:由Q=KA^tm得:10550X1000=97.3(tf)98.59X1100'/4QA=1_

10550X1000=97.3(tf)98.59X1100'/m考虑安全系数5%-15%，取10%,则A=97.3X(100+10)%W07(tf)

工艺结构尺寸1、管程数和传热管数设所需单程管数为n,从管内流量体积可依据传热管内径和流速确定单程传热管数V=—130xl°°。=131.3(m3・h-i)

P990.0n=V=131.3/3600=77土d2u—0.785x0.0252x1.5-4i"1按单程管计算，所需的单程传热管长度为：L=牝17.7m4—107nd^3.14x0.025L=牝17.7m按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用标准设计，现取传热管长l=4.5m，则该换热器的管程数为:N=L=里=3.9总4

pl4.5传热管总根数：N=77X4=308(根)t2、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。方形排列。取管心距t=1.25d0，则t=1.25X25=31.25§32哑隔板中心到离其最近一排管中心距离计算:S=t/2+6=32/2+6=22哑各程相邻管的管心距为44哑。3、壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n=0.7，则壳体内径为：D=1.05L..^7?=1.05x32寸308/0.7=681mm可取D=700mm。4、折流挡板采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为：H=0.25D=0.25X700=175m故可取H=200mm。折流板间不小于0.2D,不大于D,取折流板间距h=350mm。折流板用拉杆和定距管固定5、接管直径壳程流体进出口接管：取接管内蒸汽流速为u=40m/s,则接管内径为,'互=「4x5.21/2.4152=0.262mmm，'兀・u3.14x40圆整到标准尺寸为①273X8mm。管程流体进出口接管：取接管内水流速u=2.5m/s，则接管内径为3.14x2.5气=j4x130000/(3600x990.0)=136.3mm3.14x2.5圆整到标准尺寸为①165X4.5mm。冷凝口出口管径：取管内流速u=2.0m/s'4x5.21/99°.。=0.058”33.14x2.0圆整到标准尺寸为①60X3.5mm。(4)不凝性气体出口管径自取76X3mm6、管板及外壳壁厚度管板厚度4d0=4x0.025=18.75mm外壳壁厚度自取5=14mm7、外壳直径及长度外壳直径D=700mm外壳长度l=l+R+h+25=4500+700+350+2X14=5578mm8、容器法兰查阅相关资料，可得法兰外径：975mm法兰厚度:44mm螺栓孔直径：30mm螺栓孔数：24mm9、封头设计封头选取:蝶形封头厚度：14mm查资料得相近固定管板式换热器的主要参数，如下图:项目数据项目数据壳径D(DN)700mm管尺寸①25X2.5mm管®N4管长l4.5m管数n322管排列方式正三角形排列中心排管数nc21管心距32mm管程流通面积Si0.0253m2传热面积A111.2m2对照上表可做以下核算：每程的管数n1=总管数n/管程数Np=322/4=80.5,管程流动面积S「(n/4)(0.02)2X80.5=0.0253m2，与查得的0.0253m2很好符合；传热面积A=nd0ln=3.14X0.025X4.5X80.5=113.8m2,比查得的111.2m2稍大，这是由于管长的一部分需用于在管板上固定管子。应以查得的A=111.2m2为准；中心排管数n,查得的n=21正合适。换热器核算1、热流量核算1)管程给热系属aoRe=址=°.°2x1.5x99°.。。49500「区0.600x10-3l普朗特数Pr=也=3.91入l

x495000.8x3.910.4a=0.023土Re0.8Pr0.4=0.023x0.6400d0.020i2)壳程给热系数=7234.9x495000.8x3.910.42)壳程给热系数经计算a=7951.4w/m2•k3)传热系数K,1Rd(—+R+~力oiddxb、+—L+——)ad人de+0.000052+0.000400x1.25+工x1.25+0.0025xJ。25)3)传热系数K,1Rd(—+R+~力oiddxb、+—L+——)ad人de+0.000052+0.000400x1.25+工x1.25+0.0025xJ。25)7234.954.7x0.0225五、收获经过一个星期的计算和设计，我成功地设计出了一个列管换热器，这让我收获颇多。首先我了解到了设计仪器的一般步骤，让我对于换热器有了更加深层次的了解・其次，我了解到了把书本上的简单符号转换到实际设计中有多么困难，有太多的问题需要去考虑，这些不是单纯的计算能够解决问题的，需要查阅大量的资料才能解决。最后，我对于实际工具的设计有了系统的认识，这对于我在以后实际工作有很大的帮助。六、参考文献主要参考文献罗舜青，刘成梅.食品工程原理【M】.北京：化学工业出版社,2010.姚玉英.化工原理【M】.天津：大学出版社,1999.谭天思.化工原理【M】.北京：化学工业出版社,2006.刘雪暖.化工原理课程设计【M】.山东:石油大学出版社,2001.李云飞.食品工程原理概念与习疑解答【M】.北京：中国农业大学，2004.唐克中.画法几何与工程制图【M】.北京:高等教育出版社,2002.

附件一换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式：固定管板式换热器面积（血）：111.2工艺参数名称管程壳程物料名称循环水水蒸气操作压力/MPa常压0.45操作温度/°c10/80147.7/147.7流量/kg•h-体密度/kg•m3990.02.4152流速/m•s1.535.27对流传热系数/ww-2•k-i7234.97951.4污垢系数/W.k・w-i0.00040.000052程数Np41使用材料碳钢碳钢

项目数据项目数据总传热系数/w・血-1•k-i1109.5传热量/kw10550壳内径D(DN)700mm管尺寸025X2.5mm管长l/mm4500夕卜壳长度/mm5578管数n322中心排管数nc21管心距/mm32相邻管心距/mm44折流挡板型式弓形圆缺高度/mm200折流板间距/mm350折流挡板厚度/mm6管程流通面S/m2i0.0253管排列方式正三角形水蒸气接口管径/mm①273X8循环水接口管径/mm①165X4.5冷凝水出口管径/mm①60X3.5不凝性气体出口管/mm①78X3管板厚度/mm18.75外壳壁厚度/mm14封头厚度/mm14封头型式蝶形螺栓孔径/mm30法兰外径/mm975法兰厚度/mm44螺栓孔数/个24螺栓孔中心圆径/mm920螺纹规格M27拉杆直径/mm16拉杆数目6

附件二主要符号说明符号说明符号说明Q传热