大豆油換熱器的設(shè)計

1、 食品工程原理課程設(shè)計大豆油換熱器的設(shè)計TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark30 食品工程原理課程設(shè)計1 HYPERLINK l bookmark36 食品工程原理課程設(shè)計說明書3說明書編寫要求食品工程原理課程設(shè)計任務(wù)書4 HYPERLINK l bookmark40 一、任務(wù)書設(shè)計方案5換熱器的選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝流程72.1列管式換熱器的選用步驟72.2流體流速的選擇82.3流體兩端溫度的確定82.4管子的規(guī)格和排列方法82.5外殼直徑的確定92.6材料選用9流動空間及流速的確定9 HYPERLINK l bookmark42 二、確定物性數(shù)據(jù)9 HYPERLI

2、NK l bookmark44 三、計算總傳熱系數(shù)10四、計算傳熱面積12 HYPERLINK l bookmark62 五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸121管徑和管內(nèi)流速:12管程數(shù)和傳熱管數(shù)123平均傳熱溫差校正:12傳熱管排列和分程方法135殼體內(nèi)徑:136.折流板137接管:14 HYPERLINK l bookmark120 六、換熱器核算14 HYPERLINK l bookmark139 七、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖20 HYPERLINK l bookmark143 八、離心泵的選擇20 HYPERLINK l bookmark173 九、設(shè)計評述22十、參考文獻23設(shè)計題目及封面第1頁課程設(shè)計說明書第3

3、頁設(shè)計任務(wù)書第4頁一、任務(wù)書設(shè)計方案第5頁換熱器的選擇第5頁結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝流程第7頁流動空間及流速的確定第9頁二、確定物性數(shù)據(jù)第9頁三、計算總傳熱系數(shù)第10頁熱流量第10頁平均傳熱溫差第10頁冷卻水用量第10頁總傳熱系數(shù)K第10頁四、計算換熱面積第11頁五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸第11頁管徑和管內(nèi)流速第11頁管程數(shù)和傳熱管數(shù)第12頁3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)第12頁4傳熱管排列和分程方法第13頁殼體內(nèi)徑第13頁6折流板第13頁7接管第13頁六、換熱器核算第14頁熱量核算第14頁換熱器內(nèi)流體的流動阻力第17頁換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果第18頁主要參數(shù)說明第18頁七、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖第19頁八、離心泵的選擇第19

4、頁九、設(shè)計評述第21頁十、參考文獻第22頁食品工程原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：大豆油換熱器的設(shè)計說明書編寫要求：食品工程原理課程設(shè)計由說明書和圖紙兩部分組成。設(shè)計說明書為打印稿，包括所有論述、原始數(shù)據(jù)、計算、表格等，設(shè)計說明書一般不少于3000字，設(shè)計（論文）任務(wù)書裝訂于說明書的前頁，其設(shè)計說明書具體書寫格式及內(nèi)容如下：1、標題頁2、設(shè)計任務(wù)書3、目錄4、設(shè)計方案簡介5、工藝流程草圖及說明6、工藝計算及主體設(shè)備設(shè)計7、輔助設(shè)備的計算及選型8、設(shè)計結(jié)果概要或設(shè)計亠覽表9、對本設(shè)計的評述10、附圖（帶控制點的工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計條件圖）11、參考文獻12、主要符號說明食品工程原理課程設(shè)計任務(wù)

5、書設(shè)計題目：冷卻大豆油的換熱器設(shè)計.二設(shè)計任務(wù)：用水將脫色后的大豆油冷卻。三.設(shè)計條件：大豆油：處理量二（學號后兩位數(shù)字）X500kg/h=12*500=6000kg/h。脫色后的油溫為100c，要求冷卻到40C，壓強降:V101.3kPa。冷卻水：進口溫度：15C、出口溫度：35C，壓強降：V101.3kPa。以上設(shè)計還要求選用一臺合適的離心泵，完成相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)。管路布置如圖（參考圖），已知泵進口段管長L進=5米，泵出口段管長L出=15米。（均不包括局部阻力損失。局部阻力：底閥1個，標準90彎頭3個，球心閥1個）設(shè)計基本內(nèi)容主要包括：設(shè)計方案簡介：對給定或選定的工藝流程，主要設(shè)備的型式進行

6、簡要論述。主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算：工藝參數(shù)的選定，物料衡算，熱量衡算，工藝設(shè)計計算，設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算等。輔助設(shè)備的選型：典型輔助設(shè)備主要工藝尺寸的計算，設(shè)備規(guī)格型號的選定。主要設(shè)備的工藝條件圖：圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表。編寫設(shè)計說明書：要求設(shè)計說明書書寫規(guī)范，表達完整、清晰。設(shè)計計算說明書的內(nèi)容應(yīng)包括：封面；目錄；課程設(shè)計任務(wù)書；設(shè)計方案的確定(包括方案的比較、分析和論證)；流程示意圖；設(shè)計計算說明；設(shè)計結(jié)果概要(主要設(shè)備的尺寸，各種物料的量和狀態(tài)，能耗指標，設(shè)計時規(guī)定的操作參數(shù)及附屬設(shè)備的規(guī)格、型號和數(shù)量)；對設(shè)計的評述及有關(guān)問題的分析和討論；參考文獻目錄等。二、設(shè)

7、計完成工作量換熱器的設(shè)計具體內(nèi)容：確定設(shè)計方案；換熱器類型的選擇，換熱器內(nèi)流體流入空間的選擇。傳熱面積的計算；管數(shù)、管程數(shù)及管子排列，管間距的確定；殼體直徑及殼體厚度的確定。換熱器尺寸的確定及有關(guān)構(gòu)件的選擇，換熱器流體阻力的計算及其輸送機械的選擇，繪制流程圖及換熱器的裝配圖(A3圖紙1張)，編寫設(shè)計說明書。-、任務(wù)書設(shè)計方案方案簡介：列管式換熱器稱管殼式換熱器，是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種換熱設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單堅固，耐高壓，可靠程度高、適應(yīng)性強，制造材料范圍廣；單位體積所具有的傳熱面積大并傳熱效果好；而且種類多，型號全，制造工藝比較成熟。因此在石油、化工生產(chǎn)中.尤其是高溫高壓等大型換熱器的主要結(jié)

8、構(gòu)形式。因此，本次設(shè)計就對傳熱過程所用設(shè)備一一列管式換熱器進行一次選型設(shè)計。列管式換熱器抗結(jié)構(gòu)可分為固定管板式，浮頭式、U形管式三種類型。選用時可根據(jù)應(yīng)用條件的不同及各自的優(yōu)缺點設(shè)計適宜的換熱器。要設(shè)計一個較完善的換熱器，除了能滿足傳熱方面的要求外，還力求傳熱效率高，體積小、重量輕、消耗材料少，制造成本低，清洗維護方便和操作安全等。因此列管式換熱器的設(shè)計，首先必須根據(jù)化工生產(chǎn)工藝條件的要求通過化工工藝計算，確定換熱器的傳熱面積，同時選擇管徑、管長，決定管數(shù)，管程數(shù)和殼程數(shù)，然后進行機械選型設(shè)計。列管換熱器選型設(shè)計過程已有成熟的資料，具體步驟如下：根據(jù)流體的物性及生產(chǎn)工藝條件的要求，確定流體通入

9、的空間。確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的型式。計算流體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù)。根據(jù)傳熱任務(wù)計算熱負荷。依對流傳熱系數(shù)a2和al，確定污垢熱阻Rs2和Rsl。再計算總傳熱系數(shù)K計。據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值范圍，或按實際情況，選定總傳熱系數(shù)K選值。通過化工工藝計算，由總傳熱速率方程Q=KSAtm初步算出傳熱面積S，并確定換熱器的基本尺寸按系列標準選擇設(shè)備規(guī)格。計算管程、殼程計算初選設(shè)備的管、殼程流體的壓強降，如超過工藝允許的范圍，需調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計算壓降直到壓強降滿足要求為止。以上設(shè)計過程還要牽涉到大量公式，其具體計算式子可以參考文

10、獻。換熱器的選擇：兩流體溫度變化情況：熱流體大豆油的入口溫度100C，出口溫度40C；冷流體（循環(huán)水）進口溫度15C，出口溫度35C。由于兩流體的溫度不同，所以使管束和殼體的溫度也不一樣，因此它們的熱膨脹程度也有差別。列管式換熱器中，由于冷熱兩流體溫度不同，使殼體和管束的溫度也不同。因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體的溫度相差較大時，就可能由于應(yīng)力而引起設(shè)備的變形，甚至彎曲和斷裂，或管子從管板上松脫，因此必須采用適當?shù)臏夭钛a償措施，消除或減小熱應(yīng)力。根據(jù)采取熱補償方法的不同，列管換熱器可分為以下幾種主要型式：（1）固定管板式。所謂固定管板式，即兩端管板和殼體連接成一體的結(jié)構(gòu)形式，因此它具有

11、結(jié)構(gòu)簡單和造價低廉的優(yōu)點，但殼程清洗困難，因此要求殼方流體應(yīng)是較清潔且不容易結(jié)垢的物料。當兩流體的溫度差較大時，應(yīng)考慮熱補償。而具有補償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定管板式換熱器，即在外殼的適當部位焊上一個補償圈，當外殼和管束膨脹不同時，補償圈發(fā)生彈性變形（拉伸或壓縮），以適應(yīng)外殼和管束的不同熱膨脹。此法適用于兩流體溫度差小于120C殼程壓力小于60MPa的場合。（2）u形管換熱器。U形管換熱器每根管子都彎成U形,管子兩端均固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸縮，從而解決補償問題。這種型式換熱器的結(jié)構(gòu)也較簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的情況。其主要缺點是管程清洗比較困難；且因管子需一定的彎曲半徑，

12、管板利用率較差。浮頭式的換熱器。浮頭式換熱器兩端管板中有一端不與外殼固定連接，該端稱為浮頭，這樣當管束和殼體因溫度差較大而熱膨脹不同時，管束連同浮頭就可在殼體內(nèi)自由伸縮，而與外殼無關(guān)，從而解決熱補償問題。另外，由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。所以浮頭式換熱器應(yīng)用較為普遍，但結(jié)構(gòu)比較復雜。金屬耗量多，造價較高。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

13、中，浮頭式換熱器應(yīng)用較為廣泛。它的結(jié)構(gòu)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)垢比較嚴重的場合，可用于管程易腐蝕場合，尤其是其內(nèi)管束可以抽出，以方便清洗管及殼程，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。兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度100C，出口溫度40C，冷流體（循環(huán)水）進口溫度15C，出口溫度35Co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內(nèi)自由浮動。殼體和管束對熱膨脹是自由的，故當兩種介質(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)計成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易的插入或抽出殼體，這樣為檢修，清洗提

14、供了方便。附?jīng)_梅檔狼浮頭管板圖1浮頭式換熱器一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝流程2.1列管式換熱器的選用步驟：哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程，哪一種流體流經(jīng)殼程，下列各點可供選擇時參考(以固定管板式換熱器為例)。不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐

15、蝕，而且管子也便于清洗和檢修。(3)壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re100)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。在選擇流體流徑時，首先考慮流體的壓強、防腐蝕及清洗等要求，然后再校核對流傳熱系數(shù)和壓強降。本設(shè)計以油和循環(huán)冷卻水作為傳熱媒介，水走管內(nèi)，大豆油油走殼程，因為水的壓強高、循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢、需要提高流速。為便于

16、水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，大豆油走殼程，綜合考慮做此選擇。2.2流體流速的選擇增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。所以適宜的流速要通過經(jīng)濟衡算才能定出。此外，在選擇流速時，還需考慮結(jié)構(gòu)上的要求：選擇高的流速，使管子的數(shù)目減少，對一定的傳熱面積，不得不采用較長的管子或增加程數(shù)。管子太長不易清洗，單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆?。由于本換熱器設(shè)計，總熱負荷小，不需要太高的對流傳熱系數(shù)，油和水又是液體，再加之平均溫度的下降影響了換熱，所以在常見流速

17、中選擇了0.6m/s。2.3流體兩端溫度的確定若換熱器中冷熱流體的溫度都由工藝條件所規(guī)定，就不存在確定流體兩端溫度的問題。若其中一個流體僅已知進口溫度，則出口溫度應(yīng)由設(shè)計者來確定。例如用冷水冷卻某熱流體，冷水的進口溫度可以根據(jù)當?shù)氐臍鉁貤l件作出估計，而換熱器出口的冷水溫度，便需要根據(jù)經(jīng)濟衡算來決定。為了節(jié)省水量，可使水的出口溫度提高些，但傳熱面積就需要加大；為了減小傳熱面積，則要增加水量。兩者是相互矛盾的。本次化工原理課程設(shè)計任務(wù)書的操作條件給出換熱器中冷熱流體的溫度,因此就不存在確定流體兩端溫度的問題。2.4管子的規(guī)格和排列方法選擇管徑時，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過前面介紹的流速范圍

18、。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采用較大的管徑。我國目前試用的列管式換熱器系列標準中僅有25X2.5mm及19X2mm兩種規(guī)格的管子。管子的選用可參照GB1511999，由于本設(shè)計要求大豆油為傳熱媒介黏度大，選擇25X2.5mm。管長的選擇是以清洗方便及合理使用管材為原則。長管不便于清洗，且易彎曲。一般出廠的標準鋼管長為6m，則合理的換熱器管長應(yīng)為1.5、2、2.5、3、4.5或6m。系列標準中也米用這四種管長。此外，管長和殼徑應(yīng)相適應(yīng)，一般取L/D為46(對直徑小的換熱器可大些)。本設(shè)計選用4.5m以配合管子的排列和管子數(shù)量能滿足換熱要求。如前所述，管子在管板上的排列方法有等邊三角形、正方形直列和

19、正方形錯列等。等邊三角形排列的優(yōu)點有：管板的強度高；流體走短路的機會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高；相同的殼徑內(nèi)可排列更多的管子。正方形直列排列的優(yōu)點是便于清洗列管的外壁，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場合；但其對流傳熱系數(shù)較正三角排列時為低。正方形錯列排列則介于上述兩者之間，即對流傳熱系數(shù)(較直列排列的)可以適當?shù)靥岣?。本設(shè)計選用等邊三角行排列，水對管子的腐蝕程度不高，相對于氣體，液體為媒介的換熱器更重要的是傳熱系數(shù)高。管子在管板上排列的間距(指相鄰兩根管子的中心距)，隨管子與管板的連接方法不同而異。通常，脹管法取t=(1.31.5)do,且相鄰兩管外壁間距不應(yīng)小于6mm，即t三(

20、d+6)。本設(shè)計采用焊接法連接，所以排列間距取t=32mm(管間距)。管程和殼程數(shù)的確定。當流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時，有時會使管內(nèi)流速較低，因而對流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但是程數(shù)過多，導致管程流體阻力加大，增加動力費用；同時多程會使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計時應(yīng)考慮這些問題。列管式換熱器的系列標準中管程數(shù)有1、2、4和6程等四種。采用多程時，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等。本設(shè)計選用6管程。2.5外殼直徑的確定換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計算出的實際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方

21、法等，一般在初步設(shè)計時，可先分別選定兩流體的流速，然后計算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標準中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計完成后，仍應(yīng)用作圖法畫出管子排列圖。2.6材料選用列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機械性能及耐腐蝕性能要下降。同時具有耐熱性、高強度及耐腐蝕性的材料是很少的。常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼，低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不銹鋼和有色金屬雖然抗腐蝕性能好，但價格高且較稀缺，應(yīng)盡量少用。本設(shè)計殼體采用碳鋼，管程采用碳素鋼。碳鋼優(yōu)勢在于價格便宜，本設(shè)計允許壓降不大于105Pa，參照GB1511999，碳鋼

22、完全可以承受。流動空間及流速的確定由于循環(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。選用巾25X2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取ui=0.6m/s。二、確定物性數(shù)據(jù)1定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。(大豆油沸點150C)殼程大豆油的定性溫度為：T=(100+40)/2=70C管程流體的定性溫度為：t=(35+15)/2=25C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)。2大豆油在70C下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度：p=884.6kg/m3o 1 定壓比熱容：cp=2.043kj/(kgC)o導熱系數(shù)：A=0.1626W/(mC)o粘度：p=0.0128Paso3循環(huán)冷卻

23、水在25C下的物性數(shù)據(jù)：密度：p=996.95kg/m3i定壓比熱容：c=4.1785kj/(kgC)pi導熱系數(shù)：A=0.6078W/(mC)i粘度：p=0.0009027Pasi三、計算總傳熱系數(shù)熱流量:平均傳熱溫差:At-At(100-35)-(40-15)mAt100-3540-B=41.86C冷卻水用量：WQW1CATpi17354804.1785x20=8800.77總傳熱系數(shù)K：(1)管程傳熱系數(shù)：dup0.02x0.6x996.95.Re=111=13253p0.0009027132534000，故管程內(nèi)流體為湍流。普朗特常數(shù):ccM4.1785X103X9.027xlO-4P

24、r=p-i=6.206i入0.60781管程的傳熱系數(shù):九a=0.023-+Re0.8Pr0.4=0.023x1d1i船x1325308x6.2062880(2)殼程傳熱系數(shù):假設(shè)殼程的傳熱系數(shù):ao=290W/(m2C)；污垢熱阻：R=0.00034394m2C/WsiR=0.00051590m2C/Wso2管壁的導熱系數(shù)入=45W/(mC)總傳熱系數(shù)：K=1Kddbd10+Rs-0+t0+Rs+ad1d九d0a111m02+0.0003439400l5+00!l0F+0.00051590瘟=204叫C計算傳熱面積S=空KAtm204300204.5x41.86x0.9=26.5m2假設(shè)考慮

25、15%的面積裕度，貝V：S=1.15XS=1.15X26.5=30.4m2五、工藝結(jié)構(gòu)尺寸1.管徑和管內(nèi)流速:選用巾25X2.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速U=0.6mS2.管程數(shù)和傳熱管數(shù)：依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù):Vn=s兀丁d2u4ii8800.77=（3600 x996.95）=13（根）x0.022x0.64按單程管計算，所需的傳熱管長度:30.4L兀dn3.14x0.025x130=29.79m選取六管程的列管式換熱器，故:29.796=4.9m4.5m傳熱管總根數(shù):N=13x6=78（根）平均傳熱溫差校正：傳熱溫差校正系數(shù):100-40,=3.035-1535-15P二

26、=0.2353100-15按單殼程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)查有關(guān)圖表得(pLt=0.90平均傳熱溫差：口t=pAtOt=0.90 x41.86=37.67Cmm傳熱管排列和分程方法:采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列。取管心距：t=1.25d。則:t=1.25x25=31.25沁32(mm)橫過管束中心線的管數(shù)：n=1.N=1.1J78=9.7110(根)殼體內(nèi)徑：采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0.6，則殼體內(nèi)徑為D二1.05t、：N二1.05x32X：0|二354.6(mm)圓整可取D=400mm折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%,則切去的圓缺高度:h二0.25x

27、400二100(mm)故h取100(mm)取折流板間距B=0.3D，則B=0.3x400=120(mm)故取B為120(mm)折流板數(shù)：傳熱管長45001536(塊)-|=1=365沁折流板間距120-折流板圓缺面水平裝配。7接管:殼程流體進出口接管:取接管內(nèi)油品流速為u=0.5m/s，則接管內(nèi)徑:d=4V兀u4x6000(360 x8846)=0Q6928m3.14x0.5則取標準管徑為70mm。管程流體進出口接管:取接管內(nèi)循環(huán)水流速u=2.0m/s,則接管內(nèi)徑:=0.0395m4F=I”8800.?(3600 x996.95)兀u3.14x2取標準管徑為40mm.六、換熱器核算1.熱量核算

28、：殼程對流傳熱系數(shù)：對圓缺形折流板，可采用凱恩公式:a=0.36Reo.550d0Pri3(你)0.14u當量直徑，由正三角形排列得：=0.02m4（逅t2-d2）4（近X0.0322-1X0.0252）d4_e兀d3.14x0.0250殼程流通截面積：S二BD(1蟲)二0.12X0.40X(I-0025)二0.0105(m)ot0.032殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為GOOO/aOOx884.6）血麗m/0.0105雷諾數(shù):dup0.025x0.1794x884.6Re=000=310o卩0.01280cPr=普蘭特準數(shù)：2.043x103x0.012840.1626=160.83粘度校正:（

29、巴）0.14=1w故殼程傳熱系數(shù)：a=0.36dReO.55P3（你）0.14=0.36x0.1626x3100.55x160.8311m03=373.327W：0d03u0.02/（m2。C）ew管程對流傳熱系數(shù)：九a=0.023Reo.8Pro.4idi管程流通截面積:S=-d2=0.785x0.02x0.02x78=0.004082m214N6p=0.613mS管程流體流速：8800.8/(3600 x996.95)0.00408雷諾數(shù)：Re=幺侶1卩i0.02x0.613x996.950.0009027=135400.0252930.826x0.02+0.000343940.0250.

30、0025x0.025+0.0245x0.02+0.00051590+1373.327普蘭特準數(shù):門c卩4.1785xl03x0.0009027Pr=p11=6.211九0.60781管程對流傳熱系數(shù):a=0.023住Re。”Pw=0.023x0.6078x135400.8x6.210.4=2930.826Wf“、1d0.02/(m2。C)1傳熱系數(shù)KK=-ddbd10+Rs0+r-0+Rs+-ad1d九d0a1=270-7166Wm。C傳熱面積：S二一J=204300二20.03m2KAt270.7166x41.86x0.90m該換熱器的實際傳熱面積：S二兀dL(N-n)二3.14x0.025

31、x4.5x(78-10)二24.021m2poe該換熱器的面積裕度為：24.021-20.0320.03=19.925%S-S-p一x100%=S傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù).2.換熱器內(nèi)流體的流動阻力管程流動阻力：ZAP=(AP+AP)FNN112tsp其中：N=1,N=6,F=1.5sptp鼻丄巴2，口p占11d222由Re=13540,傳熱管相對粗糙度0.1/20=0.005，根據(jù)公式6868L1(I卞心0(。皿+吋心0.02959流速:u=0.613m/s,p=996.95kg/m3，所以:iAP=0.035x10.020.6132x996.952=1247.07PaAP

32、0.6132x996.952=561.934PaZAP=(1247.07+561.934)x1.5x6=16281.06Pa101kPa故管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力：EAPo=(AP+P)FN12ts其中：N=l,F=lTOC o 1-5 h zst流體流經(jīng)管束的阻力：AP=Ffn(N+1)竺1ocB2其中：F=0.5;f二5x310-0.228；n=10;N=36;u=0.1794ocBoAP=0.5x5x310-0.228K10X37x884.6x0.17942/2=3560.189P1a口P2=Nb-)學=36x(352x0.150.4884.6x0.179422=1486.1

33、4Pa工APo=p+p=5046.337Pa101kPa12故殼程流動阻力也比較適宜。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果管子規(guī)格25x2.5mm官數(shù)78管長mm4500管間距mm32排列方式每程內(nèi)均按正三角形排列折流板形式上下折流板間距mm120折流板切口高度20%殼體內(nèi)徑mm400主要參數(shù)說明.B折流板間距，m；C系數(shù)，無量綱；d管徑，m；D換熱器外殼內(nèi)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.C)；L管長，m；m程數(shù)；n指數(shù)；N管數(shù)；NB折流板數(shù)；Nu怒賽爾特準數(shù)；P壓力，Pa；Pr普蘭特準數(shù)q熱通量，W/m2；Q傳熱速率，W；r半徑，m；R熱阻，m2C/W;Re雷諾

34、數(shù)；S傳熱面積，m2；t冷流體溫度，C；T熱流體溫度，C；u流速，m/s；W質(zhì)量流量，kg/s；換熱器形式：浮頭型式換熱面積(m2)：33.72工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水大豆油操作壓力，MPa0.40.3操作溫度，C15/35100/40流量，kg/h8800.776000流體密度，kg/m3996.95884.6流速，m/s0.6130.1794傳熱量，kW204.3總傳熱系數(shù)，W/m2K270.7166對流傳熱系，W/m2K2930.826:173.327污垢系數(shù)，m2K/W0.00034395().00051590阻力降，MPa0.001247().005046程數(shù)61推薦使用材

35、料碳鋼a對流傳熱系數(shù)，w/(m2口。C)有限差值；入導熱系數(shù)，w/(mDC)；M粘度，Pa.s；p密度，kg/m3；0校正系數(shù)；下標c冷流體；h熱流體；i管內(nèi)；o管外；s污垢；m平均；七、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖酌沖梅惜狼浮頭管扳圖1浮頭式換熱器八、離心泵的選擇(1)管徑初選:qmlqvl=8800.77kg/h=2.44kg/sq_8800.77996.95i_8.827初取水經(jīng)濟流速u_1.5m/sA=qmi=244=0.00163(m2)1pu996.95x1.5id二46mmi因此確定d=46mmi經(jīng)計算u勺”12.44Ap996.95x0.785x0.0462ii=1.47(m/s)符合經(jīng)濟流速范

36、圍故確定d=46mm,u=1.47m/s1(2)壓頭He在水槽液面及壓力表2處列柏努利方程，如圖+HePa-pg取e=0.1mm,%=0005,Re=4匕食=74680/廣1杳圖得九=0.0351局部阻力：底閥1個標準90彎頭3個球心閥1個g=8.5g=0.7X3g=9.5流入換熱器g=1流出換熱器g=0.5故Ag=8.5+0.75x3+9.5+1+0.5=21.75換熱器壓降切二16281Pa-H=(九-+丫g)竺+鈣=(0.035xfd2gpg5+15+21.75)1.472+0.0462x9.8116281996.95x9.81=5.73(m)He=0.7X105+8+1.472+5.7

37、3=20.99(m)996.95x9.812x9.81根據(jù)計算查表得，所選離心泵的型號為:11/Ba-6B九設(shè)計評述列管式換熱器(固定管板式)，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、布管多，管內(nèi)便于清洗，更換、造價低的特點。適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。本文提出的換熱器的設(shè)計，在工藝設(shè)計上考慮了傳熱系數(shù)、管殼程壓降等對換熱器設(shè)計的影響，同時對管殼式大豆油冷卻器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)進行了設(shè)計和計算.雖然所列公式繁多，但嚴格按照化工原理的公式計算，能滿足設(shè)計要求，符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范(GB1511999)。根據(jù)換熱器的特性，比較散熱結(jié)構(gòu)、材料確定了大豆油冷卻器結(jié)

38、構(gòu)形式設(shè)計方案。計算大豆油冷卻器傳熱部分如傳熱系數(shù)、平均溫度等，以及校核相關(guān)設(shè)計參數(shù)。根據(jù)設(shè)計參數(shù)和傳熱計算數(shù)據(jù)確定了大豆油冷卻器具體結(jié)構(gòu)尺寸，如殼程數(shù)、壁厚、管束數(shù)、內(nèi)徑、管長、折流板數(shù)、折流板間距等。回顧本次設(shè)計的整個過程，以及我們的設(shè)計成果，現(xiàn)總結(jié)如下：首先，從設(shè)計的過程和結(jié)果來看，我認為本次設(shè)計的工藝計算、選型過程是嚴謹?shù)?、合理?所選換熱器的型號、結(jié)構(gòu)也能滿足工藝的要求，基本上達到了設(shè)計任務(wù)的要求。其次，從校核的結(jié)果來看，管程的壓力降為0.4MPa，是合理的，可用的。而殼程的壓力降0.3MPa在經(jīng)驗值的范圍內(nèi)似乎略顯大了些；究其原因，可能是由于殼程流體的流速選擇偏大的緣故，但考慮到實

39、際流速在可造經(jīng)驗值的范圍內(nèi)，所以也認為是可用的。最后，通過這次課程設(shè)計，培養(yǎng)了我們的獨立思考、工作的能力，使我們初步了解和掌握了一些有關(guān)化工設(shè)計方面的基礎(chǔ)知識，受到一次化工設(shè)計技能方面的基本訓練。因此，從始至終，不論是查文獻、計算、還是繪圖，大家的積極性始終高漲，大家一致認為，通過設(shè)計不僅學到了知識、技能，而且還充滿了樂趣。這也是學院安排課程設(shè)計的目的所在。從設(shè)計結(jié)果可看出，冷卻水出口溫度不同，若要保持總傳熱系數(shù)，溫度越大、換熱管數(shù)越多，折流板數(shù)越多、殼徑越大，這主要是因為水出口溫度增高，總的傳熱溫差下降，所以換熱面積要增大，才能保證Q和K。因此，換熱器尺寸增大，金屬材料消耗量相應(yīng)增大。通過這

40、個設(shè)計，我們可以知道，為提高傳熱效率，降低經(jīng)濟投入，設(shè)計參數(shù)的選擇十分重要.本次設(shè)計所選的列管式換熱器及工藝流程符合設(shè)計要求。設(shè)計過程中，我們除了考慮換熱器的處理量和換熱效果外，也考慮了生產(chǎn)成本。如在選擇板材時，有多種材料可供選擇，但我們考慮到碳鋼來源方便，而且價格相對便宜，就選擇了碳鋼。我們明白實際生產(chǎn)中還要考慮很多因素，所以設(shè)計還存在一些缺陷。通過對列管式換熱器的設(shè)計，我們懂得了工藝設(shè)計的基本方法。了解了如何根據(jù)設(shè)計要求確定工藝設(shè)備，并學會了如何根據(jù)工藝過程的條件查找相關(guān)資料，并從各種資料中篩選出較適合的資料，根據(jù)資料確定主要工藝流程，主要設(shè)備及計算出主要設(shè)備及輔助設(shè)備的各項工藝參數(shù)及數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算核算是否滿足設(shè)計要求。設(shè)計中，我們查閱了許多關(guān)于換熱器的資料，不但進一步了解了其設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝流程，還學習到了主體設(shè)備圖和工藝流程圖的制法。同時，通過計算，我們熟悉