食品工程原理課程設(shè)計(換熱器設(shè)計)

1、食品工程原理課程設(shè)計說明書米糠油冷卻用列管式換熱器的設(shè)計姓名： 馬坦學(xué)號： 0704班級： 食工11072013年12月13日一、設(shè)計依據(jù)及指導(dǎo)思想3二、主要參數(shù)說明3三、設(shè)計計算51、確定設(shè)計方案52、確定物性數(shù)據(jù)53、計算 算總傳熱系數(shù)-64、計算 算傳熱面積75、工藝結(jié)構(gòu)尺寸76、換熱器核算-91) 熱量核算92) 換熱器內(nèi)流體的流動阻力113) ) 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果總表137、離 心 泵 的 選 擇134、 設(shè)計結(jié)果-165、 參考文獻(xiàn)-16一、設(shè)計依據(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

2、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)計合理 的換熱器，以滿足不通場所的需求。斷沖梗 檔崛浮工管場圖1浮頭式換熱器選擇換熱器時，要遵循經(jīng)濟，傳熱效果優(yōu)，方便清潔，符合實際需要等原則。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合，尤其是其

3、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。、主要參數(shù)說明B折流板間距，m；C系數(shù)，無量綱；d 管徑，m;d一換熱器外殼內(nèi)徑， mf 摩擦系數(shù)；F系數(shù)；h圓缺高度，m；K總傳熱系數(shù)，W/(m2 C )；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)2q熱通重，W/m；Q傳熱速率，Wr 半徑，m；R-熱阻，m2 C/W;Re-雷諾數(shù)；s傳熱面積，R；t 冷流體溫度，；T熱流體溫度，C;u流速，m/s ;W質(zhì)量流量，kg/s ;a對流傳熱系數(shù)，w/ (m2 goC)

4、 有限差值；入一一導(dǎo)熱系數(shù)，w/(mg°C)； 粘度，； 密度，kg/m3; 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)計計算1 .確定設(shè)計方案工藝要求：某油廠用井水將從反應(yīng)器出來的米糠油從135 c冷卻到45C,井水進(jìn)、出口溫度分別為10 c和30 C,米糠油的流量為【學(xué)生學(xué)號最后兩位數(shù)X100+3400】 kg/h,若要求換熱器的管程和殼程壓強降均不大于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135C,出口溫度 45 C,冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度10C,出口溫度30 Co浮頭式換熱器的一

5、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，管束與殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng) 力。浮頭端設(shè)計成可拆結(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。選用巾25X的碳鋼管，管內(nèi)流速取 ui=s。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= 135 45 =90( )2管程冷卻水的定性溫度為 t = 10 30 =20( )2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 c下的

6、有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 0 =952 kg/m 3定壓比熱容00 =(kg - )導(dǎo)熱系數(shù)0 = (m - C)粘度 0 = Pa - s循環(huán)冷卻水在20 c下的物性數(shù)據(jù):密度3i =m定壓比熱容Cpi = kJ/(kg - k)導(dǎo)熱系數(shù)i =(m k)粘度i = Pa - s3 .計算總傳熱系數(shù)(1)熱流量(2)平均傳熱溫差tmtiln卜 tTt2(135 30) (45 10) (C,135 30 ln45 10(3)冷卻水用量Wi214.80 3600Cp ti4.183 (30 10)9243.13(kg/h)(4)總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)di Ui iRe0.02 0.8 998.2

7、0.001004215904.40.023dudi i0.8 iCPii0.40.59850.023 0.020.815904.420.44.183 1 03 0.00100420.59853447.25W/( m2 - C)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)0 =400 W/(m2，C )；Q=WCpoAto=3800/3600 XX( 135-45) =(kW)污垢熱阻RssiC /W , R =0.000516m2 . C /W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)入=W/( m - C )d°d°bd°1RsiRs0idi didmo0.025 3447.25 0.020 273.6

8、W/(m2 C)0.025 0.0025 0.0250.000172 0.02045.4 0.02251 0.000516 - 4004 .計算傳熱面積s''-Q3214.80 10K tm 273.61 63.7212.32(m2)考慮15 %的面積裕度.S=XS，=x =(m 2)。5 .工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速選用巾25X傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速Ui=s里中叁，膏0.0熱誨水、河一水等疆結(jié) 品此液體>5 5NL區(qū)7r 內(nèi) 心得1皆同 （m八）聶器13管叁式族愁制中不同黏度沿體的羲大流通淞體癥度tr* ,奧部大施逸（叫/!0演以福堂展fu就跳舊2> *

9、.5 口 西- -"一工.心L冒口不 一- 11CO-QOL2.4。白弧死他去u.oas。- 工J _j表9-土崖 管光式帙艇甑常常憑流速家六強 骨殼式換想弱易燃，易燃液體今洋的安全溢建油體名際工1甲醉、乙腳、汽油Jc（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)924313/(998.2 3600)4di2u i20.785 0.022 0.812(根)按單程管計算，所需的傳熱管長度為Sd。%16.173.14 0.025 1217.17(m)按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長L=6日則該換熱器管程數(shù)為Np17.17=2.86取管程為4 傳熱管總根

10、數(shù) N =12 X 4=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)30.24135 4540 1040 10135 10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，可得平均傳熱溫差 Atm=()AtA' tm=X=(C)由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于，同時殼程流量較大，故取單殼程合適。(4)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=d0,則t= x 25=32(mm)各程相鄰管的管心距為 44m橫過管束中心線的管數(shù)1.訴1.1瓦8 (根)(5)殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 刀=,則殼體內(nèi)徑為D 1.05

11、t N 廠 1.05 3248/ 0.71 276.27(mm)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=80(mm),故可取 h= 80 ms取折流板間距 B=,則B= X400= 120 (mm)則可取B為150折流板數(shù)NB=傳熱管長/折流板間距-1=6000/150-1=39(塊)20%,則切去的圓缺高度為 h=X400折流板圓缺面水平裝配。(7)接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速為u=1.5 m/s ,則接管內(nèi)徑為d ,4V3800/(3600952)0.03, u 3.14 1.5取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50 mm3管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流

12、速u = 1.1m/s ,則接管內(nèi)徑為Wi /4 9243.13/(3600 998.2)6.換熱器核算(1)熱量核算3.14 1.10.055(m)殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用公式0.140.36 R0.507 Pr1/3de當(dāng)量直徑，由正三角形排列得de3 224 -t d0244 T 0.0322_ 20.025d03.14 0.0250.020(m)殼程流通截面積S0d0BD(1 ；)0.0250.15 0.40 (1)0.032_20.013(m )殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普蘭特準(zhǔn)數(shù)qm / 0U0S03800/(3600 952)0.0130.08529(m/s)Re

13、。d0U00.02 0.08529 952 2182.690.00074412261 0.000744 9.56 0.1760.14粘度校正0.36震 2182.6嚴(yán) 9.561/3 331.49W/m2oC管程對流傳熱系數(shù)i 0.80.4i 0.023 Re Pr di管程流通截面積Si2d0N / N4_2_ 2p 0.785 0.0248/4 0.003768(m )管程流體流速UiWi/-S10669.623600 998.2 0.0037680.78799(m/s)普蘭特準(zhǔn)數(shù)傳熱系數(shù)KReidiU0.02 0.78799 998.2 15665.64PrCpi i0.0230.598

14、50.020.00100424.183 103 0.0010042 7 020.598515665.640.8 7.020.4 3406.08W/m2 K1d° D d° bd°RsiRs0idididm0.0253036.6 0.0202 -236.94W/(m C)0.025 0.0025 0.0250.000172 0.020 45.4 0.02250.000516331.49傳熱面積SQKm214.8 103236.94 51.0417.76(m2)該換熱器的實際傳熱面積 Sp2Spd0lN 3.14 0.025 6 48 22.61(m2)該換熱器的面積

15、裕度為H S-S 100% 22.61 17.76 ©% 27.31% S17.76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匯 A p=( A P+A P2) FtNSNpNS=1, Np=4, Ft=Pilu21, F21 d 22由Re= 15665.64,傳熱管相對粗糙度20=,查莫狄圖得流速 u = 0.78799m/sPi60.032 998.2 0.787992P2 3 2Pi(2975.10.022998.2 0.7879922975.1(Pa)929.7(Pa)929.7) 1.4 4 21866.88(Pa) 30kPa管

16、程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力EA Po=( A P' 1+AP' 2)RNNS = lFt =' 一PFf°nc Nb 12U02F 0.5 f0 5 2182.690.228 0.866nc 8,Nb 39,u0 0.08529952 0.085292P 0.5 0.866 8 39 1 2479.78 Pa流體流過折流板缺口的阻力P2Nb 3.52B2U02B 0.15m, D 0.4mP2 393.52 0.150.4_ _2952 0.085292371.36 Pa978.81 Pa 10kPa總阻力P0 (479.78 371.36) 1.15

17、 1殼程流動阻力也比較適宜。(3)換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果,熱管形式：浮頭式換熱面積：22.61 m2卜藝參數(shù)名稱管程殼程，料名稱冷卻水米糠油麋作壓力Mpa卜作溫度C3590流量，kg/h9243.133800流體密度kg/m3952流速m/s0.682630.08529傳熱量kw2息傳熱系數(shù) W/(m? C)236.942對流傳熱系數(shù) W/(m? )3036.60331.49污垢系數(shù)m2? C/W阻力降Mpa218668897881隹數(shù)41鹿薦使用材料碳素鋼碳素鋼管子規(guī)格 25X 2.5mm管數(shù)48管長mm6000管間距mm44

18、陣列方式每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用止方形排列所流板形式上下折流板間距mm150肝流板切口舒度20%殼體內(nèi)徑mm400結(jié)構(gòu)設(shè)計(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 (mrm曲面高度h|(mrm直邊高度h2(mrm碳鋼厚度6(mrm內(nèi)表面積A/2(m)容積V( m2)質(zhì)量M (kg)6001502580. 43740. 035327. 47(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)戶工型若封面DNDD1D

19、3d螺柱規(guī)格數(shù)量6007306906454023M2024(5)膨脹節(jié)因為Tm 72.715gCtm 37gCTm tm 72.715gC 37gC 35.715gC 50gC,所以不需設(shè)置膨脹節(jié)(6)管板L4d45"查(化工單元設(shè)備設(shè)計P25-27)得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸:公稱直徑DDiD3D4bcd螺栓孔數(shù)kg6007306905986453610232877(7)分程隔板公稱直徑隔板最小厚度/mmDN/mm碳素鋼6008(8)分程隔板兩側(cè)相鄰管中心距t 25mm, d0 19mm, d0 1.25 23.75mm 25mm換熱管中心距宜不小于倍的換熱管外徑，所設(shè)計的

20、換熱器不用機械方式清洗，采用正三角形排列換熱器外徑d/mm19換熱器中心距S/mm25分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距Sn/mm38(9)布管限定圓換熱器型式Di /mmb3/mm布管限定圓直徑DL /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dn /mm數(shù)量基本尺寸拉桿直徑d/mmLa/mmLb/mmb /mm1241915(11)拉桿孔dndn 12mm,l2 1.5dn 1.5 12 18mm(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I3/mm11 /mm19 22(13)折流板的厚度和外徑公稱直徑DN/mm換熱管無支跨距1 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600400.8(14)接管米糠油進(jìn)出口接管的直徑計算121.3mmd4Vs4 3800 10001 u 3600 48 952 3.14 2采用133 4.0