化工原理的課程設(shè)計(jì)方案的換熱器設(shè)計(jì)方案

PAGEPAGE13食品工程原理課程設(shè)計(jì)題目：列管式換熱器班級(jí):化工姓名：魯波目錄ＴＯC＼ｏ”1－3”\ｈ\z\uＨYPERLINK＼l＂_Ｔｏc２51８615０６”第一章設(shè)計(jì)方案概述和簡介?PAＧＥREF_Toc２51861506\h３HYPERLＩNＫ＼ｌ"＿Ｔoc2５1８６15０7＂1.1概述 PAGＥREF＿Ｔoc251861507\h３ＨＹＰEＲLIＮＫ＼ｌ＂_Tｏｃ251861５０8”１。２方案簡介?PAGEREＦ＿Toc２51８6150８＼ｈ４HＹPEＲLINK＼l”_Toc25１８61509”1。2。1列管式換熱器的分類?PＡＧＥREＦ＿Ｔoc251８61509＼ｈ4HYＰEＲLＩNK＼l”_Toc２5１8６１5１0"1。２。2設(shè)計(jì)方案選定?PAGEＲEＦ_Ｔｏc25１861510\ｈ６HＹPEＲLIＮK＼l”＿Tｏc251８6１５１1”第二章?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算 PＡGEＲＥＦ_Tｏｃ2518６1511\h7HYPERＬＩNK＼ｌ＂_Tｏc25１８６1５12”2．1物性參數(shù)的確定?PAGＥＲEＦ＿Ｔｏc25１８61５1２\h7HＹPＥＲLINK\l”_Ｔoc２５1861５13”2。１.１定性溫度，取流體進(jìn)口溫度的平均值?ＰAGEREＦ_Toc251861５13\ｈ７ＨＹＰＥRＬINK\l"＿Tｏc２5１８６1５14＂２.1。2果汁和水在定性溫度下的相關(guān)物性參數(shù) PAＧＥＲEF_Toc２5186１５１４＼h7HYPERLIＮK\l＂_Toｃ25１８61５15”２.2估算傳熱面積 PＡGEREＦ_Tｏc25１８61５15＼h７HYPERLIＮＫ\ｌ＂_Ｔｏc251861516”2。2．1計(jì)算熱負(fù)荷 ＰＡGEREF_Toc２5186１51６\ｈ７HＹPERLIＮK\l"_Toc2518615１7"2.2．2確定冷卻水用量?PAGＥREF_Tｏc251８61517\ｈ７ＨYＰEＲＬINK＼l＂_Ｔoｃ２5186１５1８＂2．2.３傳熱平均溫度差 PAGEＲEF_Toc25１86１５18\ｈ8ＨYＰERＬＩNK＼l"＿Ｔoc２51８61５19"2。２。4初算傳熱面積?PＡGEＲＥF_Ｔoc25186１5１9\h8ＨYPＥRLIＮＫ\ｌ”＿Toｃ2５１8615２0"2．２.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸?PAＧEREF＿Tｏc2５186１52０\h8ＨYＰERLINＫ\l”_Toc251861521"２．3換熱器校核?PＡGＥRＥＦ_Tｏｃ251861521\ｈ１0HYPEＲLIＮK＼l”_Ｔoc2５1８6１522＂２.3。1傳熱面積校核 ＰＡGEREF_Ｔoｃ2５1８６1522＼h10ＨYPERLIＮＫ2。3．3核算壓力降 ＰＡGERＥＦ_Ｔoc251８６1524\h13HYPEＲＬＩNK＼l"＿Ｔｏc251８61525＂第三章輔助設(shè)備的計(jì)算和選型?PAGEＲＥF_Tｏｃ25１８６１５２５\ｈ14ＨYPEＲＬINK＼ｌ”_Tｏc2518615２６”3．1其他附件的設(shè)計(jì)和計(jì)算?ＰＡＧEREＦ_Ｔｏｃ251861526＼ｈ14HＹPＥRLIＮK３。1。２接管?PAGEＲＥＦ_Tｏｃ2518６1５２８＼ｈ１5HYＰERLＩNＫ＼l”_Toc2518６１529＂第四章設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 PＡGＥRＥF_Toc2５18６１52９\ｈ1５HYPERＬINK＼l”_Ｔoｃ25１86１53０＂第五章設(shè)計(jì)評(píng)述?PＡＧＥＲＥF_Ｔoc251８61530\h１6HＹPEＲLINK＼ｌ"＿Ｔｏc25１８61５３1"參考文獻(xiàn)?PAGＥＲＥF＿Tｏc251861５31＼h１6HYＰEＲLINK致謝?ＰAＧEＲＥF＿Toｃ２５１８６1533＼h19第一章設(shè)計(jì)方案概述和簡介１．1概述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?；どa(chǎn)中換熱器的使用十分普遍,由于無聊的性質(zhì)、歘熱要求各不相同，換熱器的種類很多。了解各種換熱器的特點(diǎn)，根據(jù)工藝要求正確選用適當(dāng)類型的換熱器是非常重要的。按照熱量交換的方法不同,分為間壁式換熱器、直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器三種?；どa(chǎn)中絕大多數(shù)情況下不允許冷、熱兩流體在傳熱過程中發(fā)生混合,所以，間壁式換熱器的應(yīng)用最廣泛。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高,放出熱量:另一種流體溫度較低，吸收熱量。換熱器在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用，且它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備,并占有十分重要的地位。１.2方案簡介根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求，介紹幾種常見的列管式換熱器。1。２．1列管式換熱器的分類１。2．１．１U型管換熱器U型管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一塊管板，換熱管為U型,管子的兩端固定在同一塊管板上,其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型環(huán)熱管由溫差時(shí),不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力.U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，只有一塊管板,密封面少,運(yùn)行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點(diǎn)是管內(nèi)清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑,故管板的利用率較低；管束最內(nèi)程管間距大，殼程易短路;內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。此外,其造價(jià)比管定管板式高１０%左右。1.２.1。2浮頭式換熱器浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖1—３所示.其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與外科固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮,該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力;管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗.其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。1。2．2設(shè)計(jì)方案選定1。2.2．1換熱器類型的選擇按照設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，熱流體果汁入口溫度80℃,出口溫度２0℃，冷流體是水，入口溫度６℃，出口１６℃，操作壓力小于０．6MＰa，果汁的溫度變化為6０℃比較大?；谶@些要求，應(yīng)選擇填料函式換熱器,是由于它具有管束可以自由伸縮,不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力、制造方便和易于清洗的特點(diǎn)。1．2。2．2流體路徑的選擇果汁是粘度較大的液體，且需要冷卻，所以選擇走殼程，并且，填料函式換熱器具有不論管內(nèi)還是管間都易于清晰地優(yōu)點(diǎn)，又給果汁走殼程增添了有力的理論依據(jù).這樣，冷卻水即走管程.按照一般情況,選用規(guī)格為25*2。５mm的不銹鋼無縫管。１．2．２.３。列管式換熱器設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容列管式換熱器的設(shè)計(jì)和分析包括熱力設(shè)計(jì)、流體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中以熱力設(shè)計(jì)最為重要。不僅在設(shè)計(jì)一臺(tái)新的換熱器時(shí)需要進(jìn)行熱力設(shè)計(jì)，而且對于已生產(chǎn)出來的,甚至已投入使用的換熱器在檢驗(yàn)它是否滿足使用時(shí),均需要進(jìn)行這方面的工作。熱力設(shè)計(jì)是指根據(jù)使用單位提出的基本要求，合理的選擇運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)傳熱學(xué)的知識(shí)進(jìn)行傳熱計(jì)算。第二章?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1物性參數(shù)的確定2.1。１定性溫度，取流體進(jìn)口溫度的平均值殼程流體果汁的定性溫度：管程流體水的定性溫度：２。1．2果汁和水在定性溫度下的相關(guān)物性參數(shù)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)，果汁在5０℃下的物性數(shù)據(jù)和水在1１℃下的物性數(shù)據(jù)如下表項(xiàng)目對象密度（）比熱容(）導(dǎo)熱率()黏度(）果汁105０31８7０.61０．0016２水９99.554１９0．20。5769０。0０12８２。2估算傳熱面積2.2．1計(jì)算熱負(fù)荷2.２.2確定冷卻水用量則流動(dòng)方式選用逆流2．2.3傳熱平均溫度差2。2.4初算傳熱面積參照傳熱系數(shù)的K的大致范圍,取K＝2９5Ｗ/㎡℃。則估算傳熱面積取實(shí)際面積為估算面積的1.1５倍，則２.２。5工藝結(jié)構(gòu)尺寸２.２．5.１選定換熱管規(guī)格依據(jù)流體粘度來選定換熱管規(guī)格。由于管內(nèi)走水,換熱管采用無縫不銹鋼管,則其內(nèi)徑,外徑。取管內(nèi)流體流速0.5ｍ／ｓ,則估算換熱管數(shù)量根根據(jù)實(shí)際面積，估算換熱管長度，若采用4管程,則每程長為６m。所以總管數(shù)為根。2。２。5．2確定換熱管排列方式基于所估算的管程數(shù),應(yīng)該需要排列緊湊，換熱效果好的管子排列的方式,所以采用正三角錯(cuò)列形式.管子與管板采用焊接結(jié)構(gòu)。管心距。則各程相鄰管的管心距2.2。５.３殼體的相關(guān)參數(shù)采用多管程的換熱器，殼體內(nèi)徑可按照式計(jì)算.?。ü馨謇寐剩剑埃?按殼體標(biāo)準(zhǔn)圓取整。２．2.5。4繪制管板布置圖、確定實(shí)際換熱管數(shù)換熱管的排列方式為正三角形式,則中心線上管數(shù)應(yīng)按照式來計(jì)算所以，中心管數(shù)為11根，換熱管的大致排列方式如右圖所示,按照正三角形排列法，每行管數(shù)都比前一行的少1,距中心線最遠(yuǎn)一行的換熱管數(shù)為6。實(shí)際的排管數(shù)為1１＋2*10＋2＊9＋２＊8+2*7+2＊6＝91.扣除４根拉桿，則實(shí)際換熱管數(shù)為根。取管板厚度為５0mｍ，規(guī)定管子與管板焊接時(shí)伸出官辦的長度為3mm，所以實(shí)際換熱面積㎡,管內(nèi)的實(shí)際流速：實(shí)際流速小于１。８m／s，屬于實(shí)際情況.其切去的圓缺高度允許的折流板最小間距，所以選用折流板的間距為。換熱器為臥式，且過程中流體沒有相變，所以選用水平裝配弓形折流板(橫向），且不必另設(shè)支撐板.所以可得用到的折流擋板數(shù)為塊。所以,綜上所述換熱管的總體規(guī)格可表示為:殼徑／ｍm4０0總管數(shù)１00管程數(shù)4排列正三角換熱管尺寸/ｍm管中心距／ｍm３2實(shí)際傳熱面積／㎡40．９5折流板間距／mm2０0管長/m６折流板形式弓形折流板２。３換熱器校核2。3.1傳熱面積校核2．３.１。１傳熱溫度差計(jì)算Ｐ和R根據(jù)P、R值,查溫校正系數(shù)圖,，所以，所選的單殼程是可行的。2。3。１.２總傳熱系數(shù)2。３。1.2.1對于走管程的水(管程）雷諾數(shù)：普朗特常量：管徑比:(管徑取內(nèi)徑）水是被加熱的在式中，k取0.4。管內(nèi)傳熱膜系數(shù)=４１94。４４W/㎡℃2．3．1。2。２對于走殼程的果汁雷諾數(shù)：，其中為當(dāng)量直徑,對于以正三角形排列的換熱管所以，普朗特常量殼程的傳熱膜系數(shù)其中，果汁是被冷卻的,則＝0。95殼程的傳熱膜系數(shù)W/㎡℃2.３.１.2.3污垢熱阻和管壁熱阻查表得[1３］，果汁為一般有機(jī)物，其污垢熱阻常為㎡℃/W,是管外側(cè)的污垢熱阻.水的污垢熱阻為管內(nèi)測污垢熱阻，㎡℃／W。已知管壁厚為b=0．002５m，取碳鋼的導(dǎo)熱率為２.３.1。2．4計(jì)算總傳熱系數(shù)其中代入上式，即Ｗ/㎡℃2．3.１．3傳熱面積校核經(jīng)過以上一系列的計(jì)算，可知，W/㎡℃所以，可計(jì)算所需的換熱面積，而已計(jì)算出換熱器的實(shí)際傳熱面積A＝40。27㎡，則，說明該換熱器有20％的面積富、裕度,在1０%～２5％之內(nèi)，能夠完成生產(chǎn)任務(wù).2。3.2壁溫的計(jì)算換熱器壁溫可由下式估算：其中，=ｏ=26５３。3Ｗ／㎡℃,=５49。98Ｗ/㎡℃,，代入上式有:℃，此即為換熱管的平均壁溫。殼程的壁溫可近似地取果汁的定性溫度,℃。于是,管、殼程［流體的壁溫差為=5０-38．4=１1．6℃50℃，所以不必再另設(shè)置溫差補(bǔ)償。2.3.3核算壓力降２.3.3.1管程壓力降:有三部分組成,可按下式計(jì)算:其中，，，F(xiàn)ｔ=１．4（對25２。5mm的換熱管而言），Np為管程數(shù)４，Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)1，而，所以，可帶入求的管內(nèi)壓力降：2.3.3．２殼程壓力降：按照埃索法進(jìn)行計(jì)算其中,=F，,Fｓ(對于液體)=1．1５,Nｓ（殼程)=１，F(xiàn)（正三角形排列）=0。5，＝中心管數(shù)，折流板數(shù)，B折流板間距,殼體內(nèi)徑。，,所以，可帶入求得殼程壓力降為計(jì)算結(jié)果表明，管程和殼程的壓力降運(yùn)能滿足設(shè)計(jì)要求。第三章輔助設(shè)備的計(jì)算和選型3。1其他附件的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.1．1拉桿規(guī)格拉桿選取外徑1６ｍｍ的拉桿，共4根，均勻布置在管束外邊緣。3．1．2接管3.１.2．1管程進(jìn)出口接管取管內(nèi)流速（允許范圍內(nèi)的最大流速）由按接管標(biāo)準(zhǔn)圓取整,取規(guī)格.3．1．２．2殼程流體進(jìn)出口接管取殼程流速(允許范圍內(nèi)的最大流速）由按照接管標(biāo)準(zhǔn)圓取整,取規(guī)格。第四章設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表換熱器形式：填料函式換熱器換熱面積（ｍ２)：33。56工藝參數(shù)名稱殼程管程物料名稱果汁循環(huán)水操作壓力，Mpa0。40。3操作溫度，℃８0/206/1６流量,ｋg／h２0０01１５．31流體密度，ｋｇ/ｍ３10５09