化工原理的课程设计方案的换热器设计方案

PAGEPAGE13食品工程原理课程设计题目：列管式换热器班级:化工姓名：鲁波目录ＴＯC＼ｏ”1－3”\ｈ\z\uＨYPERLINK＼l＂_Ｔｏc２51８615０６”第一章设计方案概述和简介ﻩPAＧＥREF_Toc２51861506\h３HYPERLＩNＫ＼ｌ"＿Ｔoc2５1８６15０7＂1.1概述 PAGＥREF＿Ｔoc251861507\h３ＨＹＰEＲLIＮＫ＼ｌ＂_Tｏｃ251861５０8”１。２方案简介ﻩPAGEREＦ＿Toc２51８6150８＼ｈ４HＹPEＲLINK＼l”_Toc25１８61509”1。2。1列管式换热器的分类ﻩPＡＧＥREＦ＿Ｔoc251８61509＼ｈ4HYＰEＲLＩNK＼l”_Toc２5１8６１5１0"1。２。2设计方案选定ﻩPAGEＲEＦ_Ｔｏc25１861510\ｈ６HＹPEＲLIＮK＼l”＿Tｏc251８6１５１1”第二章换热器的设计计算 PＡGEＲＥＦ_Tｏｃ2518６1511\h7HYPERＬＩNK＼ｌ＂_Tｏc25１８６1５12”2．1物性参数的确定ﻩPAGＥＲEＦ＿Ｔｏc25１８61５1２\h7HＹPＥＲLINK\l”_Ｔoc２５1861５13”2。１.１定性温度，取流体进口温度的平均值ﻩＰAGEREＦ_Toc251861５13\ｈ７ＨＹＰＥRＬINK\l"＿Tｏc２5１８６1５14＂２.1。2果汁和水在定性温度下的相关物性参数 PAＧＥＲEF_Toc２5186１５１４＼h7HYPERLIＮK\l＂_Toｃ25１８61５15”２.2估算传热面积 PＡGEREＦ_Tｏc25１８61５15＼h７HYPERLIＮＫ\ｌ＂_Ｔｏc251861516”2。2．1计算热负荷 ＰＡGEREF_Toc２5186１51６\ｈ７HＹPERLIＮK\l"_Toc2518615１7"2.2．2确定冷却水用量ﻩPAGＥREF_Tｏc251８61517\ｈ７ＨYＰEＲＬINK＼l＂_Ｔoｃ２5186１５1８＂2．2.３传热平均温度差 PAGEＲEF_Toc25１86１５18\ｈ8ＨYＰERＬＩNK＼l"＿Ｔoc２51８61５19"2。２。4初算传热面积ﻩPＡGEＲＥF_Ｔoc25186１5１9\h8ＨYPＥRLIＮＫ\ｌ”＿Toｃ2５１8615２0"2．２.5工艺结构尺寸ﻩPAＧEREF＿Tｏc2５186１52０\h8ＨYＰERLINＫ\l”_Toc251861521"２．3换热器校核ﻩPＡGＥRＥＦ_Tｏｃ251861521\ｈ１0HYPEＲLIＮK＼l”_Ｔoc2５1８6１522＂２.3。1传热面积校核 ＰＡGEREF_Ｔoｃ2５1８６1522＼h10ＨYPERLIＮＫ2。3．3核算压力降 ＰＡGERＥＦ_Ｔoc251８６1524\h13HYPEＲＬＩNK＼l"＿Ｔｏc251８61525＂第三章辅助设备的计算和选型ﻩPAGEＲＥF_Tｏｃ25１８６１５２５\ｈ14ＨYPEＲＬINK＼ｌ”_Tｏc2518615２６”3．1其他附件的设计和计算ﻩＰＡＧEREＦ_Ｔｏｃ251861526＼ｈ14HＹPＥRLIＮK３。1。２接管ﻩPAGEＲＥＦ_Tｏｃ2518６1５２８＼ｈ１5HYＰERLＩNＫ＼l”_Toc2518６１529＂第四章设计结果汇总表 PＡGＥRＥF_Toc2５18６１52９\ｈ1５HYPERＬINK＼l”_Ｔoｃ25１86１53０＂第五章设计评述ﻩPＡＧＥＲＥF_Ｔoc251８61530\h１6HＹPEＲLINK＼ｌ"＿Ｔｏc25１８61５３1"参考文献ﻩPAGＥＲＥF＿Tｏc251861５31＼h１6HYＰEＲLINK致谢ﻩＰAＧEＲＥF＿Toｃ２５１８６1533＼h19第一章设计方案概述和简介１．1概述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。化工生产中换热器的使用十分普遍,由于无聊的性质、歘热要求各不相同，换热器的种类很多。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器是非常重要的。按照热量交换的方法不同,分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合,所以，间壁式换热器的应用最广泛。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高,放出热量:另一种流体温度较低，吸收热量。换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中都有广泛应用，且它们是上述这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。１.2方案简介根据列管式换热器的结构特点,主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。1。２．1列管式换热器的分类１。2．１．１U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型,管子的两端固定在同一块管板上,其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时,不会产生温差应力.U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板,密封面少,运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径,故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路;内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外,其造价比管定管板式高１０%左右。1.２.1。2浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1—３所示.其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩,该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力;管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗.其缺点是结构较复杂,用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。1。2．2设计方案选定1。2.2．1换热器类型的选择按照设计任务书的要求，热流体果汁入口温度80℃,出口温度２0℃，冷流体是水，入口温度６℃，出口１６℃，操作压力小于０．6MＰa，果汁的温度变化为6０℃比较大。基于这些要求，应选择填料函式换热器,是由于它具有管束可以自由伸缩,不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力、制造方便和易于清洗的特点。1．2。2．2流体路径的选择果汁是粘度较大的液体，且需要冷却，所以选择走壳程，并且，填料函式换热器具有不论管内还是管间都易于清晰地优点，又给果汁走壳程增添了有力的理论依据.这样，冷却水即走管程.按照一般情况,选用规格为25*2。５mm的不锈钢无缝管。１．2．２.３。列管式换热器设计的主要内容列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流体设计、结构设计、以及强度设计。其中以热力设计最为重要。不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的,甚至已投入使用的换热器在检验它是否满足使用时,均需要进行这方面的工作。热力设计是指根据使用单位提出的基本要求，合理的选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。第二章换热器的设计计算2.1物性参数的确定2.1。１定性温度，取流体进口温度的平均值壳程流体果汁的定性温度：管程流体水的定性温度：２。1．2果汁和水在定性温度下的相关物性参数根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据，果汁在5０℃下的物性数据和水在1１℃下的物性数据如下表项目对象密度（）比热容(）导热率()黏度(）果汁105０31８7０.61０．0016２水９99.554１９0．20。5769０。0０12８２。2估算传热面积2.2．1计算热负荷2.２.2确定冷却水用量则流动方式选用逆流2．2.3传热平均温度差2。2.4初算传热面积参照传热系数的K的大致范围,取K＝2９5Ｗ/㎡℃。则估算传热面积取实际面积为估算面积的1.1５倍，则２.２。5工艺结构尺寸２.２．5.１选定换热管规格依据流体粘度来选定换热管规格。由于管内走水,换热管采用无缝不锈钢管,则其内径,外径。取管内流体流速0.5ｍ／ｓ,则估算换热管数量根根据实际面积，估算换热管长度，若采用4管程,则每程长为６m。所以总管数为根。2。２。5．2确定换热管排列方式基于所估算的管程数,应该需要排列紧凑，换热效果好的管子排列的方式,所以采用正三角错列形式.管子与管板采用焊接结构。管心距。则各程相邻管的管心距2.2。５.３壳体的相关参数采用多管程的换热器，壳体内径可按照式计算.取（管板利用率）＝０．8按壳体标准圆取整。２．2.5。4绘制管板布置图、确定实际换热管数换热管的排列方式为正三角形式,则中心线上管数应按照式来计算所以，中心管数为11根，换热管的大致排列方式如右图所示,按照正三角形排列法，每行管数都比前一行的少1,距中心线最远一行的换热管数为6。实际的排管数为1１＋2*10＋2＊9＋２＊8+2*7+2＊6＝91.扣除４根拉杆，则实际换热管数为根。取管板厚度为５0mｍ，规定管子与管板焊接时伸出官办的长度为3mm，所以实际换热面积㎡,管内的实际流速：实际流速小于１。８m／s，属于实际情况.其切去的圆缺高度允许的折流板最小间距，所以选用折流板的间距为。换热器为卧式，且过程中流体没有相变，所以选用水平装配弓形折流板(横向），且不必另设支撑板.所以可得用到的折流挡板数为块。所以,综上所述换热管的总体规格可表示为:壳径／ｍm4０0总管数１00管程数4排列正三角换热管尺寸/ｍm管中心距／ｍm３2实际传热面积／㎡40．９5折流板间距／mm2０0管长/m６折流板形式弓形折流板２。３换热器校核2。3.1传热面积校核2．３.１。１传热温度差计算Ｐ和R根据P、R值,查温校正系数图,，所以，所选的单壳程是可行的。2。3。１.２总传热系数2。３。1.2.1对于走管程的水(管程）雷诺数：普朗特常量：管径比:(管径取内径）水是被加热的在式中，k取0.4。管内传热膜系数=４１94。４４W/㎡℃2．3．1。2。２对于走壳程的果汁雷诺数：，其中为当量直径,对于以正三角形排列的换热管所以，普朗特常量壳程的传热膜系数其中，果汁是被冷却的,则＝0。95壳程的传热膜系数W/㎡℃2.３.１.2.3污垢热阻和管壁热阻查表得[1３］，果汁为一般有机物，其污垢热阻常为㎡℃/W,是管外侧的污垢热阻.水的污垢热阻为管内测污垢热阻，㎡℃／W。已知管壁厚为b=0．002５m，取碳钢的导热率为２.３.1。2．4计算总传热系数其中代入上式，即Ｗ/㎡℃2．3.１．3传热面积校核经过以上一系列的计算，可知，W/㎡℃所以，可计算所需的换热面积，而已计算出换热器的实际传热面积A＝40。27㎡，则，说明该换热器有20％的面积富、裕度,在1０%～２5％之内，能够完成生产任务.2。3.2壁温的计算换热器壁温可由下式估算：其中，=ｏ=26５３。3Ｗ／㎡℃,=５49。98Ｗ/㎡℃,，代入上式有:℃，此即为换热管的平均壁温。壳程的壁温可近似地取果汁的定性温度,℃。于是,管、壳程［流体的壁温差为=5０-38．4=１1．6℃50℃，所以不必再另设置温差补偿。2.3.3核算压力降２.3.3.1管程压力降:有三部分组成,可按下式计算:其中，，，Fｔ=１．4（对25２。5mm的换热管而言），Np为管程数４，Ns为串联的壳程数1，而，所以，可带入求的管内压力降：2.3.3．２壳程压力降：按照埃索法进行计算其中,=F，,Fｓ(对于液体)=1．1５,Nｓ（壳程)=１，F（正三角形排列）=0。5，＝中心管数，折流板数，B折流板间距,壳体内径。，,所以，可带入求得壳程压力降为计算结果表明，管程和壳程的压力降运能满足设计要求。第三章辅助设备的计算和选型3。1其他附件的设计和计算3.1．1拉杆规格拉杆选取外径1６ｍｍ的拉杆，共4根，均匀布置在管束外边缘。3．1．2接管3.１.2．1管程进出口接管取管内流速（允许范围内的最大流速）由按接管标准圆取整,取规格.3．1．２．2壳程流体进出口接管取壳程流速(允许范围内的最大流速）由按照接管标准圆取整,取规格。第四章设计结果汇总表换热器形式：填料函式换热器换热面积（ｍ２)：33。56工艺参数名称壳程管程物料名称果汁循环水操作压力，Mpa0。40。3操作温度，℃８0/206/1６流量,ｋg／h２0０01１５．31流体密度，ｋｇ/ｍ３10５09