列管式換熱器設(shè)計(jì)(水蒸氣加熱水)

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)書(shū)設(shè)計(jì)題目： 列管式換熱器的設(shè)計(jì) 姓 名： 胡碩 學(xué)院班級(jí)： 食品學(xué)院食科142班 學(xué) 號(hào)： 753461153 指導(dǎo)老師： 張 彬 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2016.05.3006.04 目錄一、換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)- 3 -二、摘要- 4-三、初步選定換熱器- 5 -四、設(shè)計(jì)計(jì)算- 6 -五、收獲-11 -六、參考文獻(xiàn)- 12 -附件一 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果- 13 -附件二 主要符號(hào)說(shuō)明 - 15 -一、換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)一臺(tái)用飽和水蒸氣加熱水的列管式固定管板換熱器 2設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 （1）處理能力130 t/h （2）設(shè)備型式列管式固定管板換熱器 （

2、3）操作條件 水蒸氣：入口溫度147.7，出口溫度147.7 冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，入口溫度10，出口溫度80 允許壓強(qiáng)降：管程104-105,殼程103-104 （4）設(shè)計(jì)項(xiàng)目 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。 換熱器的工藝計(jì)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(jì)。 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(jiǎn)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(diǎn)，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

3、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(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)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(cuò)流通過(guò)管束，使湍流程度大為增加。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)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

4、溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度147.7 出口溫度147.7；冷流體進(jìn)口溫度10，出口溫度為80，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)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(huì)加快污垢增長(zhǎng)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。3.冷熱流體流向安排：逆流4.管徑和管內(nèi)流速選用252.5mm較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），參見(jiàn)資料取管內(nèi)流速u1=1.5m/s。設(shè)計(jì)參數(shù)水水蒸汽入口

5、溫度/10出口溫度/80定性溫度/45147.7密度/kgm-3990.02.4152黏度/Pas-10.0006000.0000128定壓比熱容/kJkg-1k-14.174熱導(dǎo)率/m-1k-10.64000.6835汽化潛熱/kJkg-12125.4四、設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明（一）計(jì)算總傳熱系數(shù)1、熱流量=130/360010004.174(80-10)=10550 kJ/s水蒸氣流速 (kg/s)Vs=m/=2.16m3/s2、平均傳熱溫差 =(137.7-67.7)/(137.7/67.7)式中： ,求得tm,1=98.593、計(jì)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

6、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(shí)，給熱系數(shù)也無(wú)法計(jì)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/()左右，先取K值為1100W/()計(jì)算,則傳熱面積為:由得: ()考慮安全系數(shù)5%-15%，取10%，則A=97.3(100+10）%107（）（二）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)（m3h-1）n=按單程管計(jì)算，所需的單程傳熱管長(zhǎng)度為 ：L=按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=4.5m，則該換熱器的管程數(shù)為：Np=傳熱管總

7、根數(shù)： Nt=774=308（根）2、傳熱管排列和分程方法（1）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。（2）取管心距t=1.25d0，則 t=1.2525=31.2532隔板中心到離其最近一排管中心距離計(jì)算：S=t/2+6=32/2+6=22（3）各程相鄰管的管心距為44。3、殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.7 ，則殼體內(nèi)徑為：D=1.05t可取D=700mm。4、折流擋板（1）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=0.25700=175m故可取H=200mm。（2）折流板間不小于0.2D,不大于D,取

8、折流板間距h=350mm。（3）折流板用拉桿和定距管固定5、接管直徑（1）殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)蒸汽流速為 u40m/s，則接管內(nèi)徑為 mm圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸為2738mm。（2）管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水流速 u2.5m/s，則接管內(nèi)徑為 mm圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸為1654.5mm。（3）冷凝口出口管徑：取管內(nèi)流速u2.0m/s圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸為603.5mm。（4）不凝性氣體出口管徑 自取763mm6、管板及外殼壁厚度（1）管板厚度 （2）外殼壁厚度 自取7、外殼直徑及長(zhǎng)度（1）外殼直徑 D=700mm（2）外殼長(zhǎng)度 =4500+700+350+214=5578mm8、容器法蘭查閱相關(guān)資料，

9、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(jì)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(xiàng) 目數(shù) 據(jù)項(xiàng) 目數(shù) 據(jù)殼徑D（DN）700 mm管尺寸252.5 mm管程數(shù)N4管長(zhǎng)l4.5 m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32 mm管程流通面積Si0.0253 m2傳熱面積A111.2 m2對(duì)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(dòng)面積Si=（/4）（0.02）280.5=0.0253m2，與查得的0.0253m2很好符合；傳熱面積A=

10、d0ln=3.140.0254.580.5=113.8 m2，比查得的111.2 m2稍大，這是由于管長(zhǎng)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)nc，查得的nc=21正合適。（三）換熱器核算1、熱流量核算1）管程給熱系屬普朗特?cái)?shù) =7234.92）殼程給熱系數(shù) 經(jīng)計(jì)算=7951.43）傳熱系數(shù) =1109.5 w/m2k4)所需傳熱面積 面積裕度為 傳熱面積裕度在10%-25%間合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。五、收獲經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的計(jì)算和設(shè)計(jì)，我成功地設(shè)計(jì)出了一個(gè)列管換熱器，這讓我收獲頗多。（1） 首先我了解到了設(shè)計(jì)儀器的一般步驟，讓我對(duì)于換熱器有了更加深層

11、次的了解.（2） 其次，我了解到了把書(shū)本上的簡(jiǎn)單符號(hào)轉(zhuǎn)換到實(shí)際設(shè)計(jì)中有多么困難，有太多的問(wèn)題需要去考慮，這些不是單純的計(jì)算能夠解決問(wèn)題的，需要查閱大量的資料才能解決。（3） 最后，我對(duì)于實(shí)際工具的設(shè)計(jì)有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，這對(duì)于我在以后實(shí)際工作有很大的幫助。六、參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn)1 羅舜青,劉成梅.食品工程原理【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010.2 姚玉英.化工原理【M】.天津：大學(xué)出版社,1999.3 譚天思. 化工原理【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.4 劉雪暖.化工原理課程設(shè)計(jì)【M】.山東:石油大學(xué)出版社,2001.5 李云飛.食品工程原理概念與習(xí)疑解答【M】.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),

12、2004.6 唐克中.畫(huà)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(jì)算結(jié)果換熱器型式：固定管板式換熱器面積（）：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/10/80147.7/147.7流量/kgh-113000018756流體密度/kg990.02.4152流速/ms1.535.27對(duì)流傳熱系數(shù)/wm-2k-17234.97951.4污垢系數(shù)/kw-10.00040.000052程 數(shù)Np41使用材料碳鋼碳鋼項(xiàng) 目數(shù) 據(jù)項(xiàng) 目數(shù) 據(jù)總傳熱系數(shù)/w-1k-11109.5傳熱量/kw10550殼內(nèi)徑D(

13、DN)700mm管尺寸 25X2.5mm管長(zhǎng)l/mm4500外殼長(zhǎng)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Si/m0.0253管排列方式正三角形水蒸氣接口管徑/mm2738循環(huán)水接口管徑/mm1654.5冷凝水出口管徑/mm603.5不凝性氣體出口管/mm783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(gè)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(hào)說(shuō)明符 號(hào)說(shuō) 明符 號(hào)說(shuō) 明Q傳熱速率，W對(duì)數(shù)平均溫差粘度，PaSms質(zhì)量流量，k