食品工程原理課程設(shè)計(jì)(換熱器設(shè)計(jì))

1、 食品工程原理課程設(shè)計(jì)說明書米糠油冷卻用列管式換熱器的設(shè)計(jì)姓名： 馬 坦 學(xué)號： 201111010704 班級： 食工1107 2013年12月13日目 錄一、設(shè)計(jì)依據(jù)及指導(dǎo)思想-3二、主要參數(shù)說明-3 三、設(shè)計(jì)計(jì)算-5 1、確定設(shè)計(jì)方案-5 2、確定物性數(shù)據(jù)-5 3、計(jì)算總傳熱系數(shù)-6 4、計(jì)算傳熱面積-7 5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸-7 6、換熱器核算-9 1）熱量核算-9 2）換熱器內(nèi)流體的流動阻力-11 3） 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果總表-13 7、離心泵的選擇-13 四、設(shè)計(jì)結(jié)果-16 五、參考文獻(xiàn)-16 一、設(shè)計(jì)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

2、等行業(yè)。在食品工業(yè)中的加熱、冷卻、蒸發(fā)和干燥的單元操作中，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結(jié)構(gòu)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(jì)合理的換熱器，以滿足不通場所的需求。選擇換熱器時(shí)，要遵循經(jīng)濟(jì)，傳熱效果優(yōu)，方便清潔，符合實(shí)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。它的結(jié)構(gòu)簡單，其優(yōu)點(diǎn)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(yán)重的場合，可用于管程易腐蝕場

3、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。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)；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/m

4、3；校正系數(shù)；下標(biāo)c冷流體；h熱流體；i管內(nèi)；m平均；o管外；s污垢.三、設(shè)計(jì)計(jì)算1.確定設(shè)計(jì)方案 工藝要求：某油廠用井水將從反應(yīng)器出來的米糠油從135冷卻到45，井水進(jìn)、出口溫度分別為10和30，米糠油的流量為【學(xué)生學(xué)號最后兩位數(shù)100+3400】kg/h,若要求換熱器的管程和殼程壓強(qiáng)降均不大于30kPa，試選擇合適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(jìn)口溫度135，出口溫度45，冷流體(循環(huán)水)進(jìn)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內(nèi)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(shí)，管束與殼體之間

5、不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)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，清洗提供了方便。（2）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252.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取=0.8m/。2確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：可取流體進(jìn)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

6、=998.2kg/m3定壓比熱容 =4.183 kJ/(kgk)導(dǎo)熱系數(shù) =0.5985W/(mk)粘度 =0.0010042 Pas3計(jì)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63.72（3）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(jì)算傳熱面積 考慮 15的面積裕度.S=1.15S=1.1512.32=16

7、.17(m2)。 5工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速 選用252.5傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速ui=0.8m/s （2）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) 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，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，雙管程結(jié)構(gòu)，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(shí)殼程流量較大，故取單殼程合適。（4）

8、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。取管心距t=1.25，則t=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）殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率0.71，則殼體內(nèi)徑為 圓整可取400mm（6）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）接管 殼程

9、流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速為 u1.5 m/s，則接管內(nèi)徑為 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50 mm。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u1.1m/s，則接管內(nèi)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(shí)際傳熱面積Sp該換熱器的面積裕度為傳熱面積裕度合適，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Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1, Np=4, F

10、t=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范圍之內(nèi)。 殼程阻力 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較適宜。 (3)換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 表1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)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)

11、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管長mm6000管間距mm44排列方式每程內(nèi)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%殼體內(nèi)徑mm400結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（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DN（mm）曲面高度（mm）直邊高度（mm）碳鋼厚度（mm）內(nèi)表面積A （）容積V（）質(zhì)量M（kg）60015025804

12、374003532747（3）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8mm（4）壓力容器法蘭(甲型)DNDD1D3螺柱規(guī)格數(shù)量質(zhì)量6007306906454023M202428.62（5）膨脹節(jié)因?yàn)?（6）管板 查（化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)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6008（8）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(jì)的換熱器不用機(jī)械方式清洗,采用正三角形排列換熱器外徑d/mm

13、19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)量基本尺寸拉桿直徑d/mm/mm/mm/mm12419152.0（11）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/mm1921.52（13）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6004595.5（14）接管米糠油進(jìn)出口接管的直徑計(jì)算 采用熱軋無縫鋼管,實(shí)際米糠油進(jìn)出口管內(nèi)流速為冷卻水進(jìn)出口接管,取=2m/s,則采用熱軋無縫鋼管,實(shí)際米糠油進(jìn)出口管內(nèi)流速為:（15）管法蘭管子直徑/mm法蘭內(nèi)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(jìn)出口133161240150228285207.61米糠油進(jìn)出口133222295200228340249.24（16）防沖板或?qū)Я魍惨驗(yàn)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?。?7）鞍式支座(BI型)四設(shè)計(jì)結(jié)果在老師不懈的指導(dǎo)之下，和自己努力認(rèn)