食品工程原理課程設(shè)計報告換熱器設(shè)計

1、-PAGE . z . I . . r . . 食品工程原理課程設(shè)計說明書米糠油冷卻用列管式換熱器的設(shè)計：馬 坦*：201111010704班級：食工11072013年12月13日目 錄一、設(shè)計依據(jù)及指導(dǎo)思想3二、主要參數(shù)說明3三、設(shè)計計算51、確定設(shè)計方案52、確定物性數(shù)據(jù)53、計算總傳熱系數(shù)64、計算傳熱面積75、工藝構(gòu)造尺寸76、換熱器核算91熱量核算92換熱器流體的流動阻力113 換熱器主要構(gòu)造尺寸和計算結(jié)果總表137、離心泵的選擇13四、設(shè)計結(jié)果16五、參考文獻16一、設(shè)計依據(jù)及指導(dǎo)思想換熱器廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、動力、醫(yī)藥、冶金、制冷、輕工等行業(yè)。在食品工業(yè)中的加熱、冷卻、蒸發(fā)

2、和枯燥的單元操作中，我們也經(jīng)常見到換熱器應(yīng)用于食品物料的加熱或冷卻。在眾多類型的換熱器構(gòu)造中，管殼式換熱器應(yīng)用最為廣泛，因此要根據(jù)特定的工藝要求設(shè)計合理的換熱器，以滿足不通場所的需求。選擇換熱器時，要遵循經(jīng)濟，傳熱效果優(yōu)，方便清潔，符合實際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。在眾多類型的換熱器中，浮頭式換熱器應(yīng)用較為廣泛。它的構(gòu)造簡單，其優(yōu)點有介質(zhì)間溫差不受限制，可在高溫，高壓下工作，可用于結(jié)垢比擬嚴(yán)重的場合，可用于管程易腐蝕場合，尤其是其管束可以抽出，以方便清洗管

3、及殼程，管束在使用過程中由溫差膨脹而不受殼體約束，不會產(chǎn)生溫差壓力，所以，首選浮頭式換熱器。二、主要參數(shù)說明B折流板間距，；C系數(shù)，無量綱；d管徑，m；D換熱器外殼徑，m；f摩擦系數(shù)；F系數(shù)；h圓缺高度，m；K總傳熱系數(shù)，W/(m2)；L管長，m；m程數(shù)；n指數(shù)； N管數(shù)；NB折流板數(shù)；Nu怒賽爾特準(zhǔn)數(shù)；P壓力，Pa；Pr普蘭特準(zhǔn)數(shù)q熱通量，W/m2；Q傳熱速率，W；r半徑，m；R熱阻，Re雷諾數(shù)；S傳熱面積，m2；t冷流體溫度，；T熱流體溫度，；u流速，m/；W質(zhì)量流量，kg/s；a對流傳熱系數(shù)，有限差值；導(dǎo)熱系數(shù)，；粘度，Pa.s；密度，kg/m3；校正系數(shù)；下標(biāo)c冷流體；h熱流體；i管；

4、m平均；o管外；s污垢.三、設(shè)計計算1.確定設(shè)計方案工藝要求：*油廠用井水將從反響器出來的米糠油從135冷卻到45，井水進、出口溫度分別為10和30，米糠油的流量為【學(xué)生*最后兩位數(shù)100+3400】kg/h,假設(shè)要求換熱器的管程和殼程壓強降均不大于30kPa，試選擇適宜型號的列管式換熱器。1選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度135，出口溫度45，冷流體(循環(huán)水)進口溫度10，出口溫度30。浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體自由浮動。殼體和管束對熱膨脹是自由的，故當(dāng)兩種介質(zhì)的溫差較大時，管束與殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計成可拆構(gòu)造，使管束能容易的插

5、入或抽出殼體，這樣為檢修，清洗提供了方便。2流動空間及流速確實定 由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程。選用252.5的碳鋼管，管流速取=0.8m/。2確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。殼程米糠油的定性溫度為T=90()管程冷卻水的定性溫度為t=20()根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 米糠油在90下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度=952 kg/m3定壓比熱容=2.261kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù) =0.176W/(m)粘度=0.744 Pas循環(huán)冷卻水在20下的物性數(shù)據(jù)：密度=998.2kg/m3定壓比熱容 =4.183 kJ/(kg

6、k)導(dǎo)熱系數(shù) =0.5985W/(mk)粘度 =0.0010042 Pas3計算總傳熱系數(shù)1熱流量 Qo=Wocpoto=3800/36002.261(135-45)=214.80(kW)2平均傳熱溫差63.723冷卻水用量 (kg/h)4總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù) W/( m2)殼程傳熱系數(shù) 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)=400 W/(m2)； 污垢熱阻=0.000172m2/W , =0.000516m2/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)=45.4 W/( m)4計算傳熱面積考慮 15的面積裕度.S=1.15S=1.1512.32=16.17(m2)。 5工藝構(gòu)造尺寸1管徑和管流速 選用252.5傳熱管碳鋼，取管流速

7、ui=0.8m/s 2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 按單程管計算，所需的傳熱管長度為按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程構(gòu)造?，F(xiàn)取傳熱管長L=6m，則該換熱器管程數(shù)為取管程為4傳熱管總根數(shù)N =124=48(根)3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程，雙管程構(gòu)造，溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表，可得t=0.835平均傳熱溫差tm=ttm=0.80163.72=51.04()由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流量較大，故取單殼程適宜。4傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距t=1.25，則t

8、=1.252532(mm) 各程相鄰管的管心距為44m橫過管束中心線的管數(shù) (根)5殼體徑 采用多管程構(gòu)造，取管板利用率0.71，則殼體徑為 圓整可取400mm6折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體徑的20，則切去的圓缺高度為h0.2040080(mm)，故可取h80 mm。 取折流板間距B0.3D，則B0.3400120 (mm) 則可取B為150折流板數(shù)=傳熱管長/折流板間距-1=6000/150-1=39(塊)折流板圓缺面水平裝配。 7接收 殼程流體進出口接收：取接收油品流速為 u1.5 m/s，則接收徑為 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50 mm。 管程流體進出口接收：取接收循環(huán)水流速 u1

9、.1m/s，則接收徑為 6換熱器核算1熱量核算 殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用公式 當(dāng)量直徑，由正三角形排列得 殼程流通截面積殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 粘度校正管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積管程流體流速 普蘭特準(zhǔn)數(shù)傳熱系數(shù)K傳熱面積S該換熱器的實際傳熱面積Sp該換熱器的面積裕度為傳熱面積裕度適宜，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 2換熱器流體的流動阻力管程流動阻力Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=4, Ft=1.4由Re，傳熱管相對粗糙度0.01/200.005，查莫狄圖得i0.032， 流速m/s，998.2kg/m3，所以 管程流動阻力在允許圍之。 殼

10、程阻力 Po=(P1+P2)FtNsNsl，F(xiàn)tl.15流體流過折流板缺口的阻力 總阻力殼程流動阻力也比擬適宜。 (3)換熱器主要構(gòu)造尺寸和計算結(jié)果 表1 換熱器主要構(gòu)造尺寸和計算結(jié)果 換熱器主要構(gòu)造尺寸和計算結(jié)果換熱管形式：浮頭式換熱面積：m2工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱冷卻水米糠油操作壓力Mpa0.40.3操作溫度3590流量，kg/h3800流體密度kg/m3998.2952流速m/s傳熱量kw214.80總傳熱系數(shù)W/(m2)對流傳熱系數(shù)W/(m2)污垢系數(shù)m2/W0.0001720.000516阻力降Mpa0.00.000程數(shù)41推薦使用材料碳素鋼碳素鋼管子規(guī)格252.5mm管數(shù)48

11、管長mm6000管間距mm44排列方式每程均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列折流板形式上下折流板間距mm150折流板切口高度20%殼體徑mm400構(gòu)造設(shè)計1圓筒厚度查GB151-99P21表8得圓筒厚度為：8 mm 2橢圓形封頭 查JB/T4737-95，橢圓形封頭與圓筒厚度相等，即8mm公稱直徑DNmm曲面高度mm直邊高度mm碳鋼厚度mm外表積A 容積V質(zhì)量Mkg600150258043740035327473管箱短節(jié)厚度 查GB151-99P20，管箱短節(jié)厚度與圓筒厚度相等，即8mm4壓力容器法蘭(甲型)DNDD1D3螺柱規(guī)格數(shù)量質(zhì)量6007306906454023M202428.6

12、25膨脹節(jié)因為 6管板 查化工單元設(shè)備設(shè)計P25-27得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸：公稱直徑Dbcd螺栓孔數(shù)質(zhì)量6007306905986453610232877(7)分程隔板公稱直徑 DN/mm隔板最小厚度/mm碳素鋼60088分程隔板兩側(cè)相鄰管中心距,換熱管中心距宜不小于1.25倍的換熱管外徑,所設(shè)計的換熱器不用機械方式清洗,采用正三角形排列換熱器外徑d/mm19換熱器中心距S/mm25分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距/mm38(9)布管限定圓換熱器型式/mm/mm布管限定圓直徑/mm固定管板式6008584(10)拉桿的直徑、數(shù)量和尺寸拉桿公稱直徑/mm數(shù)量根本尺寸拉桿直徑d/mm/mm

13、/mm/mm12419152.011拉桿孔,12換熱管與管板的連接換熱管規(guī)格外徑壁厚/mm換熱管最小伸出長度最小坡口深度/mm/mm1921.5213折流板的厚度和外徑公稱直徑 DN/mm換熱管無支跨距300mm(折流板或支撐板的最小厚度)折流板名義外直徑/mm折流板外直徑允許偏差6004595.514接收米糠油進出口接收的直徑計算采用熱軋無縫鋼管,實際米糠油進出口管流速為冷卻水進出口接收,取=2m/s,則采用熱軋無縫鋼管,實際米糠油進出口管流速為:15管法蘭管子直徑/mm法蘭徑/mm螺栓孔中心圓直徑/mm公稱直徑/mm螺栓孔直徑/mm螺栓孔數(shù)量n法蘭外徑/mm法蘭厚度/mm法蘭理論重量kg自來水進出口133161240150228285207.61米糠油進出口133222295200228340249.2416防沖板或?qū)Я魍惨驗樗畊=3.0m/s，己烷 ,所以管程和殼程都不設(shè)防沖板或?qū)Я魍病?7鞍式支座(BI型)四設(shè)計結(jié)果在教