列管式換熱器設計水蒸氣加熱水

1、食品工程原理課程設計設計書設計題目：列管式換熱器的設計姓名：胡碩學院班級： 食品學院食科142班學號：指導老師:張 彬設計時間：20106.04目錄一、換熱器設計任務書二、摘要三、初步選定換熱器四、設計計算五、收獲八、參考文獻附件一換熱器主要結構尺寸和計算結果附件二主要符號說明-15-一、換熱器設計任務書1、設計題目設計一臺用飽和水蒸氣加熱水的列管式固定管板換熱器2設計任務及操作條件（1）處理能力 130 t/h（2）設備型式 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：自來水，入口溫度10C，出口溫度80C 允許壓強降：管程10八4-

2、10八5,殼程10A3-10A4（4）設計項目 設計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論 述。 換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。 換熱器的主要結構尺寸設計。 主要輔助設備選型。 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

3、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，結構堅 固，可選用的結構材料范圍寬廣，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。在換熱器設計中，首先應根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算 換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結構尺寸。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：熱流體進口溫度147.7 C出口溫度147.7 C;冷流體進口溫度10C，出口溫度為80C，該換

4、熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，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25 x 2.5mm較高級冷拔傳熱管（碳鋼），參見資料取管內(nèi)流速 ui=1.5m/s。設計參數(shù)水水蒸汽入口溫度/Q10出口溫度/C80定性溫度/C45147.7密度 /kg m-3990.02.

5、4152黏度 /Pa s-10.0006000.0000128定壓比熱容/kJ kg-1 k-14.174熱導率/Wm-1 k-10.64000.6835汽化潛熱/kJ kg-12125.4四、設計計算與說明（一）計算總傳熱系數(shù)1、熱流量Qi mCp T =130/3600 x 1000 x 4.174 x (80-10)=10550 kJ/s水蒸氣流速(kgQ 10550 10005.212125.4 1000/s=m/ p= 2.16m“3/s2、平均傳熱溫差 ( t1 - t2) tm ,1 =Z t1 t2=(137.7-67.7)/In (137.7/67.7)式中： t1147.7

6、 10 137.7 C , t?147.7 80 67.7 C求得 tm,1=98.59 C3、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。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，所以只能先進行試算。根據(jù)資料查得和水之間的傳熱 系數(shù)在1300W/（川c ）左右，先取 K值為1100W/（川）計算，則傳熱面積為由 Q = KA tm 得:QiKim10550 100098.59 110097.3 ( m2)考慮安全系數(shù) 5%-15% 取 10% 貝S A=97.3x (100+10) %107 (m)（二）工藝結構尺寸1、管程數(shù)和傳

7、熱管數(shù)設所需單程管數(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)ms 130 1000990.0131.3 （斥 h-1）131.3/36000.785 0.0252 1.5按單程管計算，所需的單程傳熱管長度為：L= A0ndon1073.14 0.025 7717.7m按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。根據(jù)本設計實際 情況，采用標準設計，現(xiàn)取傳熱管長l=4.5m，則該換熱器的管程數(shù)為:NP=-1773.94l 4.5傳熱管總根數(shù)：N t=77X 4=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，隔板兩側采用正方形排列(2) 取

8、管心距 t=1.25d0，貝卩 t=1.25 X 25=31.25 32 mm隔板中心到離其最近一排管中心距離計算：S二"2+6=32/2+6=22 m(3) 各程相鄰管的管心距為44 mm。3、殼體內(nèi)徑采用多管程結構，取管板利用率n =0.7，貝S殼體內(nèi)徑為:D=1.05t Nt/1.05 32 308/0.7 681mm可取 D=700mm4、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=0.25X 700=175m故可取H=200mm(2) 折流板間不小于0.2D,不大于D,取折流板間距h=350mm(3) 折流板用拉

9、桿和定距管固定5、接管直徑(1) 殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)蒸汽流速為u = 40m/s，貝y接d14V管內(nèi)徑為 ？?4 521/2.41520.262m mm3.14 40圓整到標準尺寸為273 x 8mm(2)管程流體進出口接管：取接管內(nèi)水流速 u = 2.5m/s，則接管內(nèi)徑為d24 130000(3600 990.0)136.3 mm3.14 2.5圓整到標準尺寸為165 x 4.5mm(3)冷凝口出口管徑：取管內(nèi)流速 u = 2.0m/s圓整到標準尺寸為60 x 3.5mm（4）不凝性氣體出口管徑自取76x 3mm6、管板及外殼壁厚度-do - 0.02518.75mm（1） 管板

10、厚度44（2） 外殼壁厚度自取 14mm7、外殼直徑及長度（1 ）外殼直徑D=700mm（2）外殼長度L l R h 2 =4500+700+350+X 14=5578mm&容器法蘭查閱相關資料，可得法蘭外徑：975mm法蘭厚度:44mm螺栓孔直徑：30mm螺栓孔數(shù)：24mm9、封頭設計封頭選?。旱畏忸^ 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 (DN700 mm管尺寸 25X 2.5 mm管程數(shù)N4管長14.5 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S0.0253 m2傳熱面積A111.2 m2

11、對照上表可做以下核算: 每程的管數(shù)ni=總管數(shù)n/管程數(shù)2=322/4=80.5,管程流動面積S =（n /4）（ 0.02）2X 80.5=0.0253m2,與查得的 0.0253m2很好符合；2 傳熱面積 A=n d0ln=3.14 X 0.025 X 4.5 X 80.5=113.8 m，比查得的111.2 m2稍大，這是由于管長的一部分需用于在管板上固定管子。應以查得的A=111.2m為準； 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數(shù)Pr纟匸3.91i=7234.9 W/m2?k2）殼程給熱系數(shù)經(jīng)計算 o=7951.4W/m2?k3）

12、傳熱系數(shù)KeRoRd。didoidido b)2=1109.5 w/m k4）所需傳熱面積Ke tm105500001109.5 98.59296.5m面積裕度為 H Ap Ac 111.2 96.5 15.2%A96.5傳熱面積裕度在10%-253間合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務。五、收獲經(jīng)過一個星期的計算和設計，我成功地設計出了一個列管換熱器，這讓 我收獲頗多。（1）首先我了解到了設計儀器的一般步驟， 讓我對于換熱器有了更加深 層次的了解 .（2）其次，我了解到了把書本上的簡單符號轉換到實際設計中有多么困 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

13、能解決。（3）最后，我對于實際工具的設計有了系統(tǒng)的認識， 這對于我在以后實 際工作有很大的幫助。六、參考文獻主要參考文獻1 羅舜青,劉成梅.食品工程原理【Ml .北京：化學工業(yè)出版社,2010.2 姚玉英.化工原理【 M】 .天津：大學出版社 ,1999.3 譚天思. 化工原理【 Ml . 北京：化學工業(yè)出版社 ,2006.4 劉雪暖. 化工原理課程設計【 Ml . 山東:石油大學出版社 ,2001.5 李云飛 . 食品工程原理概念與習疑解答【Ml . 北京 : 中國農(nóng)業(yè)大學 ,2004.6 唐克中. 畫法幾何與工程制圖【 Ml . 北京:高等教育出版社 ,2002.附件一換熱器主要結構尺寸和

14、計算結果換熱器型式：固定管板式換熱器面積(m2)：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 m 3990.02.4152流速/m s1.535.27對流傳熱系數(shù)/w k-17234.97951.4污垢系數(shù)/ mk W0.00040.000052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 m-1 k-11109.5傳熱量/kw10550殼內(nèi)徑D(DN)700mm管尺寸C25X2.5mm管長l/mm4500外殼長度/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/m20.0253管排列方式正三角形水蒸氣接口管徑/mm 273 X 8循環(huán)水接口管徑/mm 165X 4.5冷凝水出口管徑/mm 60X 3.5不凝性氣體出口管/mm 78 X 3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傳熱速率，W對