列管式換熱器設(shè)計

食品工程原理課程設(shè)計設(shè)計書設(shè)計題目：列管式換熱器的設(shè)計姓名：胡碩學(xué)院班級：食品學(xué)院食科142班學(xué)號：753461153指導(dǎo)老師：張彬設(shè)計時間：2016.05.30~06.04一、換熱器設(shè)計任務(wù)書目錄錯誤!未定義書簽。二、摘要錯誤一、換熱器設(shè)計任務(wù)書目錄錯誤!未定義書簽。二、摘要三、初步選定換熱器錯誤!未定義書簽。四、設(shè)計計算錯誤!未定義書簽。五、收獲錯誤!未定義書簽。六、參考文獻(xiàn)錯誤!未定義書簽。附件一換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果........錯誤!未定義書簽。附件二主要符號說明-15-一、換熱器設(shè)計任務(wù)書1、設(shè)計題目設(shè)計一臺用飽和水蒸氣加熱水的列管式固定管板換熱器設(shè)計任務(wù)及操作條件（1）處理能力130t/h（2）設(shè)備型式列管式固定管板換熱器（3）操作條件水蒸氣：入口溫度147.7°C，出口溫度147.7°C冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度10C，出口溫度80C允許壓強(qiáng)降：管程10"4-10"5,殼程10^3-10^4（4）設(shè)計項目設(shè)計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡要論述。換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。主要輔助設(shè)備選型。繪制換熱器總裝配圖。二、摘要在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱為換熱器。隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點，性能各異。列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍流程度大為增加。在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。三、初步選定換熱器1、選擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度147.7°C出口溫度147.7°C；冷流體進(jìn)口溫度10C，出口溫度為80C，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進(jìn)口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用固定管板式列管式換熱器。2、管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使水蒸氣走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，水蒸氣走殼程。冷熱流體流向安排：逆流管徑和管內(nèi)流速選用①25X2.5mm較高級冷拔傳熱管（碳鋼），參見資料取管內(nèi)流速uj1.5m/s。設(shè)計參數(shù)水水蒸汽入口溫度/C10出口溫度/C80定性溫度/C45147.7密度/kg?m-3990.02.4152黏度/Pa?s-10.0006000.0000128定壓比熱容/kJ?kg-1?k-14.174熱導(dǎo)率/w?m-1?k-10.64000.6835汽化潛熱/kJ?kg-12125.4

四、設(shè)計計算與說明（一）計算總傳熱系數(shù)1、熱流量Q1=mCpNT=130/3600X1000X4.174X(80-10)=10550kJ/s水蒸氣流速Q(mào)10550X1000=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、計算傳熱面積A求傳熱面積A需要先知道傳熱系數(shù)K值，而K值又與給熱系數(shù)、污垢熱阻等有關(guān)。在換熱器的直徑、流速等參數(shù)未定時，給熱系數(shù)也無法計算，所以只能先進(jìn)行試算。根據(jù)資料查得和水之間的傳熱系數(shù)在1300W/(系數(shù)在1300W/(tf-T)左右先取K值為1100W/（tf-T）計算，則傳熱面積為:由Q=KA^tm得:10550X1000=97.3(tf)98.59X1100'/4QA=1_

10550X1000=97.3(tf)98.59X1100'/m考慮安全系數(shù)5%-15%，取10%,則A=97.3X(100+10)%W07(tf)

工藝結(jié)構(gòu)尺寸1、管程數(shù)和傳熱管數(shù)設(shè)所需單程管數(shù)為n,從管內(nèi)流量體積可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)V=—130xl°°。=131.3(m3?h-i)

P990.0n=V=131.3/3600=77土d2u—0.785x0.0252x1.5-4i"1按單程管計算，所需的單程傳熱管長度為：L=牝17.7m4—107nd^3.14x0.025L=牝17.7m按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長l=4.5m，則該換熱器的管程數(shù)為:N=L=里=3.9總4

pl4.5傳熱管總根數(shù)：N=77X4=308(根)t2、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，隔板兩側(cè)采用正方形排列。方形排列。取管心距t=1.25d0，則t=1.25X25=31.25§32啞隔板中心到離其最近一排管中心距離計算:S=t/2+6=32/2+6=22啞各程相鄰管的管心距為44啞。3、殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0.7，則殼體內(nèi)徑為：D=1.05L..^7?=1.05x32寸308/0.7=681mm可取D=700mm。4、折流擋板采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%,則切去的圓缺高度為：H=0.25D=0.25X700=175m故可取H=200mm。折流板間不小于0.2D,不大于D,取折流板間距h=350mm。折流板用拉桿和定距管固定5、接管直徑殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)蒸汽流速為u=40m/s,則接管內(nèi)徑為,'互=「4x5.21/2.4152=0.262mmm，'兀?u3.14x40圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸為①273X8mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水流速u=2.5m/s，則接管內(nèi)徑為3.14x2.5氣=j4x130000/(3600x990.0)=136.3mm3.14x2.5圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸為①165X4.5mm。冷凝口出口管徑：取管內(nèi)流速u=2.0m/s'4x5.21/99°.。=0.058”33.14x2.0圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸為①60X3.5mm。(4)不凝性氣體出口管徑自取76X3mm6、管板及外殼壁厚度管板厚度4d0=4x0.025=18.75mm外殼壁厚度自取5=14mm7、外殼直徑及長度外殼直徑D=700mm外殼長度l=l+R+h+25=4500+700+350+2X14=5578mm8、容器法蘭查閱相關(guān)資料，可得法蘭外徑：975mm法蘭厚度:44mm螺栓孔直徑：30mm螺栓孔數(shù)：24mm9、封頭設(shè)計封頭選取:蝶形封頭厚度：14mm查資料得相近固定管板式換熱器的主要參數(shù)，如下圖:項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)700mm管尺寸①25X2.5mm管?N4管長l4.5m管數(shù)n322管排列方式正三角形排列中心排管數(shù)nc21管心距32mm管程流通面積Si0.0253m2傳熱面積A111.2m2對照上表可做以下核算：每程的管數(shù)n1=總管數(shù)n/管程數(shù)Np=322/4=80.5,管程流動面積S「(n/4)(0.02)2X80.5=0.0253m2，與查得的0.0253m2很好符合；傳熱面積A=nd0ln=3.14X0.025X4.5X80.5=113.8m2,比查得的111.2m2稍大，這是由于管長的一部分需用于在管板上固定管子。應(yīng)以查得的A=111.2m2為準(zhǔn)；中心排管數(shù)n,查得的n=21正合適。換熱器核算1、熱流量核算1)管程給熱系屬aoRe=址=°.°2x1.5x99°.。。49500「區(qū)0.600x10-3l普朗特數(shù)Pr=也=3.91入l

x495000.8x3.910.4a=0.023土Re0.8Pr0.4=0.023x0.6400d0.020i2)殼程給熱系數(shù)=7234.9x495000.8x3.910.42)殼程給熱系數(shù)經(jīng)計算a=7951.4w/m2?k3)傳熱系數(shù)K,1Rd(—+R+~力oiddxb、+—L+——)ad人de+0.000052+0.000400x1.25+工x1.25+0.0025xJ。25)3)傳熱系數(shù)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、收獲經(jīng)過一個星期的計算和設(shè)計，我成功地設(shè)計出了一個列管換熱器，這讓我收獲頗多。首先我了解到了設(shè)計儀器的一般步驟，讓我對于換熱器有了更加深層次的了解?其次，我了解到了把書本上的簡單符號轉(zhuǎn)換到實際設(shè)計中有多么困難，有太多的問題需要去考慮，這些不是單純的計算能夠解決問題的，需要查閱大量的資料才能解決。最后，我對于實際工具的設(shè)計有了系統(tǒng)的認(rèn)識，這對于我在以后實際工作有很大的幫助。六、參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn)羅舜青，劉成梅.食品工程原理【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010.姚玉英.化工原理【M】.天津：大學(xué)出版社,1999.譚天思.化工原理【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.劉雪暖.化工原理課程設(shè)計【M】.山東:石油大學(xué)出版社,2001.李云飛.食品工程原理概念與習(xí)疑解答【M】.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.唐克中.畫法幾何與工程制圖【M】.北京:高等教育出版社,2002.

附件一換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果換熱器型式：固定管板式換熱器面積（血）：111.2工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水水蒸氣操作壓力/MPa常壓0.45操作溫度/°c10/80147.7/147.7流量/kg?h-體密度/kg?m3990.02.4152流速/m?s1.535.27對流傳熱系數(shù)/ww-2?k-i7234.97951.4污垢系數(shù)/W.k?w-i0.00040.000052程數(shù)Np41使用材料碳鋼碳鋼

項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)總傳熱系數(shù)/w?血-1?k-i1109.5傳熱量/kw10550殼內(nèi)徑D(DN)700mm管尺寸025X2.5mm管長l/mm4500夕卜殼長度/mm5578管數(shù)n322中心排管數(shù)nc21管心距/mm32相鄰管心距/mm44折流擋板型式弓形圓缺高度/mm200折流板間距/mm350折流擋板厚度/mm6管程流通面S/m2i0.0253管排列方式正三角形水蒸氣接口管徑/mm①273X8循環(huán)水接口管徑/mm①165X4.5冷凝水出口管徑/mm①60X3.5不凝性氣體出口管/mm①78X3管板厚度/mm18.75外殼壁厚度/mm14封頭厚度/mm14封頭型式蝶形螺栓孔徑/mm30法蘭外徑/mm975法蘭厚度/mm44螺栓孔數(shù)/個24螺栓孔中心圓徑/mm920螺紋規(guī)格M27拉桿直徑/mm16拉桿數(shù)目6

附件二主要符號說明符號說明符號說明Q傳熱