食品工程原理課程設(shè)計---列管式換熱器的設(shè)計

1、<p><b>　　食品工程原理</b></p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　列管式換熱器的設(shè)計</b></p><p>　　姓名： </p><p>　　學號： </p&

2、gt;<p>　　班級： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件3</p><p><b>　　1、設(shè)計題目3</b></p&g

3、t;<p><b>　　2、設(shè)計條件3</b></p><p><b>　　3、設(shè)計任務(wù)5</b></p><p><b>　　二、設(shè)計意義6</b></p><p>　　三、主要參數(shù)說明6</p><p>　　四、設(shè)計方案簡介9</p>

4、<p>　　1、選擇換熱器的類型9</p><p><b>　　2、管程安排9</b></p><p>　　3、流向的選擇10</p><p>　　4、確定物性系數(shù)據(jù)10</p><p>　　五、試算和初選換熱器的規(guī)格11</p><p><b>　　1、熱流量11

5、</b></p><p><b>　　2、冷卻水量11</b></p><p>　　3、計算兩流體的平均溫度差11</p><p>　　4、總傳熱系數(shù)11</p><p>　　六、 工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計12</p><p>　　1、計算傳熱面積12</p><p&

6、gt;　　2、管徑和管內(nèi)流速12</p><p>　　3、管程數(shù)和傳熱管數(shù)12</p><p>　　4、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)13</p><p>　　5、傳熱管排列和分程方法14</p><p><b>　　6、殼體內(nèi)徑14</b></p><p><b>　　7、折流板

7、14</b></p><p><b>　　8、接管15</b></p><p><b>　　9、熱量核算15</b></p><p>　　10、 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果如下表：20</p><p><b>　　七、參考文獻21</b></p>

8、;<p>　　八、浮頭式換熱器裝配圖22</p><p>　　一、設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件</p><p><b>　　1、設(shè)計題目</b></p><p><b>　　列管式換熱器設(shè)計</b></p><p><b>　　2、設(shè)計條件</b></p>

9、<p><b>　　設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p><b>　　3、設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　用循環(huán)水將牛奶冷卻</b></p><p>　　(1)根據(jù)設(shè)計條件選擇合適的換熱器型

10、號，并核算換熱面積，壓力降是否滿足要求，并設(shè)計管道與殼體的連接，管板與殼體的連接，折流板等。</p><p>　　(2)繪制列管式換熱器的裝配圖。</p><p>　　編寫課程設(shè)計說明書。</p><p><b>　　二、設(shè)計意義</b></p><p>　　換熱器是各種工業(yè)部門最常見的通用熱工設(shè)備，廣泛應用于化工，能源

11、，機械，交通，制冷，空調(diào)及航空航天等各個領(lǐng)域。換熱器不僅是保證某些工藝流程和條件而廣泛使用的設(shè)備，也是開發(fā)利用工業(yè)二次能源，實現(xiàn)余熱回收和節(jié)能的主要設(shè)備。</p><p>　　在食品工業(yè)中的加熱，冷卻，蒸發(fā)和干燥等的單元操作中，經(jīng)常見到食品物料與加熱或冷卻介質(zhì)間的熱交換。各種換熱器的作用，工作原理，結(jié)構(gòu)以及其中工作的流體類型，數(shù)量等差別很大，而換熱器的工作性能的優(yōu)劣直接影響著整個裝置或系統(tǒng)綜合性能的好壞，因此換熱

12、器的合理設(shè)計極其重要。</p><p>　　目前國內(nèi)外在過程工業(yè)生產(chǎn)中所用的換熱器設(shè)備中，管殼式換熱器仍占主導地位，雖然它在換熱效率，結(jié)構(gòu)緊湊性和金屬材料消耗等方面，不如其他新型換熱設(shè)備，但她具有結(jié)構(gòu)堅固，操作彈性大，適應性強，可靠性高，選用范圍廣，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點，所以在工程中仍得到廣泛應用。</p><p><b>　　三、主要參數(shù)說明</b>&

13、lt;/p><p>　　T1---熱流體的初始溫度，℃</p><p>　　T2---熱流體的最終溫度，℃</p><p>　　t1------冷流體的初始溫度，℃</p><p>　　t2------冷流體的最終溫度，℃</p><p>　　---牛奶的密度，kg/m3</p><p>　　---

14、牛奶的定壓比熱容，kJ/(kg·℃)</p><p>　　---牛奶的導熱系數(shù)， W/(m·℃)</p><p>　　---牛奶的粘度，Pa·s</p><p>　　---冷鹽水的密度，kg/m3</p><p>　　---冷鹽水的定壓比熱容，kJ/(kg·℃)</p><p>

15、　　---冷鹽水的導熱系數(shù)，W/(m·℃)</p><p>　　---冷鹽水的粘度，Pa·s </p><p>　　----熱流量，kW</p><p>　　----總傳熱系數(shù)，W/(㎡·℃)</p><p>　　----進行換熱的兩流體之間的平均溫度差，℃</p><p&g

16、t;　　----冷卻水用量，kg/s</p><p><b>　　----雷諾準數(shù)</b></p><p><b>　　---普蘭特準數(shù)</b></p><p>　　----管程傳熱系數(shù)，W/（㎡·℃）</p><p>　　----殼程傳熱系數(shù)，W/（㎡·℃）</p>

17、<p>　　----冷鹽水污垢熱阻，㎡·℃/W; </p><p>　　----牛奶污垢熱阻，㎡·℃/W</p><p>　　----管壁的導熱系數(shù)，W/（㎡·℃）</p><p>　　---傳熱管數(shù)，（根）</p><p>　　---傳熱管長度，m</p><p>&

18、lt;b>　　---換熱器管程數(shù)</b></p><p><b>　　---傳熱管總根數(shù)</b></p><p><b>　　---溫度校正系數(shù)</b></p><p>　　---橫過管束中心線的管數(shù)</p><p><b>　　---管心距，mm</b>&l

19、t;/p><p>　　---殼體內(nèi)徑，mm</p><p>　　---弓形折流板圓缺高度，mm</p><p>　　---折流板間距，mm</p><p><b>　　---折流板數(shù)</b></p><p>　　---接管內(nèi)徑，mm</p><p><b>　　---

20、當量直徑，m</b></p><p>　　---殼程流體流速，m/s</p><p>　　---管程流體流速，m/s</p><p><b>　　---傳熱面積，</b></p><p>　　---換熱器實際傳熱面積，</p><p>　　---換熱器面積裕度</p>&

21、lt;p>　　---管程壓降，Pa</p><p>　　---管內(nèi)摩擦壓降，Pa</p><p>　　---管程的回彎壓降，Pa</p><p><b>　　---殼程串聯(lián)數(shù)</b></p><p>　　---管程壓降的結(jié)垢修正系數(shù)</p><p>　　---殼程壓降，Pa</p>

22、;<p>　　---流體流經(jīng)管束的阻力，Pa</p><p>　　---流體流過折流板缺口的阻力，Pa </p><p><b>　　四、設(shè)計方案簡介</b></p><p>　　換熱器是化工、石油、動力、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn) 中占有重要地位。化工生產(chǎn)中，換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器 和再沸器等

23、，應用甚為廣泛。</p><p>　　1、選擇換熱器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況:熱流體（牛奶）140℃出口溫度50℃；冷流體（水）進口溫度20℃，出口溫度40℃，由兩流體的溫差來看，由于兩流體溫差（140+50）/2-（20+40）/2=55℃<60℃,估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫度不會很大，但冬季操作時，進口溫度會發(fā)生變化，考慮到該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季

24、操作時，其進口溫度會降低，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差增大，同時便于污垢清洗。因此初步確定選用浮頭式換熱器。</p><p><b>　　2、管程安排</b></p><p>　　從兩物流的操作壓力看，應使牛奶走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。所設(shè)計換熱器用于冷卻牛奶，牛奶粘度較大，易結(jié)垢，易腐蝕管道，所以選用浮頭式換熱器，浮頭便于拆卸、清洗。綜上所述，換熱器選擇浮頭

25、式，牛奶走殼程，循環(huán)冷卻水走管程。</p><p><b>　　3、流向的選擇</b></p><p>　　當冷，熱流體的進出口溫度相同時，逆流操作的平均推動力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需要的傳熱面積較小。逆流操作時，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而冷卻介質(zhì)用量可以較小。顯然在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。</p><p><b&

26、gt;　　4、確定物性系數(shù)據(jù)</b></p><p>　　定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。</p><p>　　管層牛奶的定性溫度為：</p><p>　　T=（140+50）/2=95 ℃</p><p>　　殼程冷卻水的定性溫度為：</p><p>　　t=

27、（20+40）/2=30 ℃</p><p>　　牛奶在90℃下的有關(guān)物理數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 定壓比熱容</p><p>　　導熱系數(shù) 粘度</p><p>　　循環(huán)冷卻水在30℃下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　密度 定壓比熱容

28、</p><p>　　導熱系數(shù) 粘度</p><p>　　五、試算和初選換熱器的規(guī)格</p><p><b>　　1、熱流量 </b></p><p><b>　　2、冷卻水量 </b></p><p>　　3、計算兩流體的平均溫度差</p><p

29、><b>　　逆流時平均溫差為：</b></p><p><b>　　4、總傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　管程傳熱系數(shù)：</b></p><p><b>　　殼程傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　假設(shè)殼程的傳熱系

30、數(shù)</b></p><p><b>　　污垢熱阻 </b></p><p><b>　　管壁的導熱系數(shù)</b></p><p><b>　　工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b>　　1、計算傳熱面積</b></p>&l

31、t;p>　　考慮15％的面積裕度=1.15×11.03=12.68㎡</p><p><b>　　2、管徑和管內(nèi)流速</b></p><p>　　選用傳熱管（碳管），取管內(nèi)流速</p><p>　　3、管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　根據(jù)傳熱管內(nèi)徑流速確定單程傳熱管數(shù)</p><

32、p>　　按單管程計算，所需的傳熱管長度為</p><p>　　按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多程管結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長l=9m。則該換熱器的管程數(shù)為：</p><p><b>　?。ü艹蹋?lt;/b></p><p>　　則傳熱管的總根數(shù)為：N=12×2=24（根）</p><p>　　4、平均傳熱溫差校正及

33、殼程數(shù)</p><p>　　平均傳播換熱溫差校正系數(shù)</p><p>　　按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫度校正系數(shù)應查有關(guān)圖表，但R=4.5的點在圖上難以讀出，因而相應的以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，。</p><p><b>　　平均傳熱溫差</b></p><p>　　5、傳熱管排列和分程方法</p>

34、<p>　　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。取管心距t=1.25do=1.25×25=32（mm）各程相鄰管的管心距為44mm</p><p>　　橫過管束中心線的管數(shù)=1.16（根）</p><p><b>　　6、殼體內(nèi)徑</b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取，則殼體內(nèi)徑為

35、</p><p>　　圓整可取D=325mm</p><p><b>　　7、折流板</b></p><p>　　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％，則切去的圓缺高度為h＝0.25×325=81.25mm，故可取h＝100mm。</p><p>　　折流板與殼體之間的間隙為2.0mm<

36、/p><p><b>　　初取折流板的間距 </b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　所以=148.3mm</p><p><b>　　折流板厚度取5mm</b></p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p>

37、<p><b>　　8、接管</b></p><p>　　殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)牛奶流速為 u＝2.0m/s，則接管內(nèi)徑為 </p><p>　　圓整后的管徑的冷拔無縫鋼管。</p><p>　　實際牛奶進出口管內(nèi)流速為</p><p>　　管程流體進出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u＝1.1m/s，則接管

38、內(nèi)徑為 </p><p><b>　　=0.069（m）</b></p><p><b>　　圓整后為</b></p><p><b>　　9、熱量核算</b></p><p>　?。?）殼程對流傳熱系數(shù)</p><p>　　對圓缺形折流板，可采用克恩公

39、式，由于，所以</p><p>　　當量直徑，由正三角形排列得</p><p><b>　　殼程流通截面積</b></p><p>　　=0.15×0.325×</p><p>　　殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 </p><p><b>　　普蘭特準數(shù)</b&g

40、t;</p><p><b>　　粘度校正</b></p><p>　?。?）管程對流體傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管程流通截面積</b></p><p><b>　　管程流體流速</b></p><p><b>　　=1.08m/s

41、</b></p><p><b>　　=26843.6</b></p><p><b>　　普蘭特準數(shù):</b></p><p>　　=4872.2W/㎡?K</p><p><b>　　傳熱系數(shù)K</b></p><p><b>

42、　?。?）傳熱面積S</b></p><p><b>　　=㎡</b></p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積</p><p>　　該換熱器的面積裕度為</p><p><b>　?。?％</b></p><p>　　該傳熱面積的裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)

43、任務(wù)。</p><p>　　(5)換熱器管程和殼程壓力降</p><p><b>　　管程流壓力降</b></p><p><b>　　=（）N</b></p><p>　　N=1， N=2，F(xiàn)=1.4</p><p><b>　　，</b></p

44、><p>　　由Re=26843.6，傳熱管相對粗糙度0.2/20=0.01，</p><p>　　查莫狄圖得=0.04W/㎡·℃,流速u=1.08m/s i=995.7kg/m3,所以</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=(10452.5+1742.1）×1.4×2=

45、34144.9Pa<105 Pa</p><p>　　管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　殼程壓力降</b></p><p><b>　　N=1，.15</b></p><p>　　Ft為液態(tài)污垢修正系數(shù)</p><p><b>　　流速

46、流經(jīng)管束的阻力</b></p><p><b>　　F=0.5 </b></p><p><b>　　n=7，N=59</b></p><p><b>　　u=m/s</b></p><p><b>　?。≒a）</b></p>

47、<p>　　流體流過折流板缺口的阻力</p><p>　　B=0.15m ,D=0.325m</p><p>　　總阻力：=1.15×1×（199.4+344.4）=625.4（Pa）﹤105Pa</p><p>　　殼程流動阻力也比較適宜。</p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果如下表：</p&

48、gt;<p><b>　　七、參考文獻</b></p><p>　　1、化工設(shè)備設(shè)計全書編委會.換熱器設(shè)計.上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1988</p><p>　　2、中華人民共和國國家標準.GB151-89鋼制管殼式換熱器.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，1989</p><p>　　3、錢頌文主編.換熱器設(shè)計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，