南昌大學(xué)食品工程原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告(共21頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱： 食 品 工 程 原 理 題 目： 列管式固定管板式換熱器的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 生命科學(xué)與食品工程 專 業(yè)： 食 品科學(xué)與工 程 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 起訖日期： 2014年5月5日至2014年5月12日 指導(dǎo)老師： 目錄 概述35二、設(shè)計(jì)任務(wù)書51.操作條件下流體的物性參數(shù)52.列管式換熱器型式的選擇63.冷熱流體流程、流向的選擇64.換熱器規(guī)格及其在管板上的排列方式65.列管式作用66.列管式換熱器優(yōu)點(diǎn)77.設(shè)計(jì)流程圖90133344677八、主要符號(hào)說(shuō)明18十、參考文獻(xiàn)21 概述： 列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式

2、換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用。主要由殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。 常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。 殼體內(nèi)裝有管束，管束兩端固定在管板上。由于冷熱流體溫度不同，殼體和管束受熱不同，其膨脹程度也不同，如兩者溫差較大，管子會(huì)扭彎，從管板上脫落，甚至毀壞換熱器。所以，列管式換熱器必須從結(jié)構(gòu)上考慮熱膨脹的影響，采取各種補(bǔ)償?shù)霓k法，消除或減小熱應(yīng)力。 根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施，列管式換熱器可分為以下幾個(gè)型式。 （1） 固定管板式 殼體與傳熱管壁溫度之差大于50°C，加

3、補(bǔ)償圈，也稱膨脹節(jié)，當(dāng)殼體和管束之間有溫差時(shí)，依靠補(bǔ)償圈的彈性變形來(lái)適應(yīng)它們之間的不同的熱膨脹。 （2） 浮頭式 兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長(zhǎng)方向浮動(dòng)。當(dāng)殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時(shí)，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應(yīng)力。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高，消除了溫差應(yīng)力，是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。（3） U型管式 把每根管子都彎成U形，兩端固定在同一管板上，每根管子可自由伸縮，來(lái)解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，管程不易清洗，常為潔凈流體，適用于高壓氣體的換熱。一、設(shè)計(jì)目的與內(nèi)容：設(shè)計(jì)一臺(tái)用飽和水蒸氣（表壓400500kPa）加熱水的列管式固定管板換熱器，水

4、流量為 85 （t/h），水溫由 25 加熱到 65 。確保換熱器能正常工作，并且節(jié)約換熱器用材，在使用過(guò)程中能節(jié)約能量，效率高的效果。二、設(shè)計(jì)任務(wù)書：熱負(fù)荷 傳熱面積 管子排列外殼直徑及長(zhǎng)度 接管直徑 外殼及管板厚度設(shè)計(jì)主視圖、左視圖（部分剖）。零部件明細(xì)表，標(biāo)題欄表。三、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1.操作條件下流體的物性參數(shù)蒸汽絕對(duì)壓力 600 KPa，其相應(yīng)的溫度Ts=158.7 ，此時(shí)蒸汽的物性參數(shù)： 密度=3.1686 kgm3 汽化潛熱=2091.1 kJkg水的定性溫度t=45 ，此時(shí)水的物性參數(shù)：cp= 4174 Jkg；=601.2×10-6 pas；= 0.6403 Wm2k；

5、= 990 kgm32.列管式換熱器型式的選擇選擇：固定板式型3.冷熱流體流程、流向的選擇冷熱流體流程：冷流體走管程，熱流體走殼程冷熱流體流向： 逆流4.換熱器規(guī)格及其在管板上的排列方式換熱管規(guī)格： 25×2.5mm 換熱管排列方式：正三角型 5.列管式作用： 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。 換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門。它的主要功能是保證工藝過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。 6.列管式換熱器優(yōu)點(diǎn)

6、：(1)換熱效率高,熱損失小  在最好的工況條件下, 換熱系數(shù)可以達(dá)到6000W/ m2K, 在一般的工況條件下, 換熱系數(shù)也可以在30004000 W/ m2K左右,是管殼式換熱器的35倍。設(shè)備本身不存在旁路,所有通過(guò)設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進(jìn)行充分的換熱。完成同一項(xiàng)換熱過(guò)程, 板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的1/ 31/ 4。(2)占地面積小重量輕  除設(shè)備本身體積外, 不需要預(yù)留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為0. 60

7、. 8mm。同樣的換熱效果, 板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。(3)污垢系數(shù)低  流體在板片間劇烈翻騰形成湍流, 優(yōu)秀的板片設(shè)計(jì)避免了死區(qū)的存在, 使得雜質(zhì)不易在通道中沉積堵塞,保證了良好的換熱效果。(4)檢修、清洗方便  換熱板片通過(guò)夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起,當(dāng)檢修、清洗時(shí), 僅需松開夾緊螺柱即可卸下板片進(jìn)行沖刷清洗。(5)產(chǎn)品適用面廣  設(shè)備最高耐溫可達(dá)180 , 耐壓2. 0MPa , 特別適應(yīng)各種工藝過(guò)程中的加熱、冷卻、熱回收、冷凝以

8、及單元設(shè)備食品消毒等方面, 在低品位熱能回收方面, 具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。各類材料的換熱板片也可適應(yīng)工況對(duì)腐蝕性的要求。當(dāng)然板式換熱器也存在一定的缺點(diǎn), 比如工作壓力和工作溫度不是很高, 限制了其在較為復(fù)雜工況中的使用。同時(shí)由于板片通道較小,也不適宜用于雜質(zhì)較多,顆粒較大的介質(zhì)。7.設(shè)計(jì)流程圖四、傳熱過(guò)程工藝計(jì)算1.熱負(fù)荷Q Q=mscp（t2-t1）= 3.942×106 W或Js由于熱損失約3%-5%，所以Q=Q×1.05=4.1391×106W或Js2 計(jì)算水蒸氣流量忽略熱損失，則水蒸氣流量為：=4139.1/2091.

9、1=1.98kg/s3傳熱面積A Q=KAtm 。 。取K= 1200Wm2·k 由于tm=(t1-T2)/(ln（t1/T2)代人數(shù)據(jù)得tm=113 由可求得A= 29m2且A，=（1.11.2）A 求出實(shí)際A，=1.1A=32m2初選換熱器的規(guī)格（如d、l、n、管程數(shù)級(jí)管子的排列）已選管子直徑為25×2.5mm，管內(nèi)徑d內(nèi)= 20mm 通過(guò)查表可得最接近的A值為32的標(biāo)準(zhǔn)換熱器參數(shù)為：公稱直徑：400mm 管程數(shù)：1 管子數(shù)：98換熱器的實(shí)際換熱面積So：So=98×3.14×0.025×（4.5-0.1）=33.85該換熱器所需要的總傳熱

10、系數(shù)Ko：Ko=1030.57根據(jù)驗(yàn)算與所選換熱器符合。4.K的校正管程流通截面積A1=0.03077 管程水內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)取管程水內(nèi)的流速u=0.77m/s雷諾數(shù) 所以1=0.023×i/di×(du/)0.8×(c/)bW/(/)即為a1=0.023×i/di×（Re0.8)（Prb )當(dāng)流體被加熱時(shí)b=0.4,當(dāng)流體被冷卻時(shí)b=0.3求得1=4223.7 W/(/)（2） 冷凝給熱系數(shù)及K的計(jì)算設(shè)壁溫=160，則平均溫度´=2-187.5=132.5按此溫度下查得液態(tài)水的物理量如下：=0.6821W/(mK), =pa.s

11、 =907.4kg/=0.0233計(jì)算得=8169.3W/(/)管程污垢熱阻： Rs1=2.6×10-4W/(/)殼程污垢熱阻： Rs2=1×10-4W/(/)K的計(jì)算 計(jì)算結(jié)果得k=1270.37 總傳熱系數(shù)裕度 符合要求校核 （T=158.7 t=70）=132.4與假設(shè)值相比，認(rèn)為假設(shè)合理。5.傳熱器面積核算S=Q÷（K×tm ）=27.46 換熱面積 裕度為，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。5、 設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)外殼直徑及長(zhǎng)度（1）外殼直徑D管中心距a= 1.25d0=32 mm隔板中心到離其最近一排管心距為s=t/2+6=22mm則各程相鄰管管心距為4

12、4mm。已知多管程換熱器D=1.05t 正三角形排列時(shí)=0.7求得D=400mm（2)管板及外殼壁厚度管板厚度管板厚度管板厚度=3/4d0=18.75mm外殼壁厚度外殼壁厚度=10mm（3)折流擋板Nb采用弓形折流板圓缺高度為殼內(nèi)內(nèi)徑的10%到40%，則切去的圓缺高度為h=0.25×450=112.5mm取折流板間距B=450mm折流板數(shù)目Nb=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距-1=9(4)外殼長(zhǎng)度外殼長(zhǎng)度：L=l+D+0.226D+2×S=4.9304m6、 主要附屬件的選定1.接管直徑（1）水的接管直徑接管內(nèi)水流數(shù)取2.5m/s /4×d2×u=ms/d=174

13、mm，查標(biāo)準(zhǔn)表可取d=174mm，此時(shí)法蘭d=219mm，螺絲接口d=18mm（2） 水蒸氣進(jìn)口直徑水蒸氣進(jìn)口流速取10m/s蒸汽壓力 600 kPa，密度=3.1686 kgm3 汽化潛熱=2091.1 kJkg MS=/4×d2××ud=282mm，查標(biāo)準(zhǔn)表可取d=282mm，此時(shí)法蘭d=325mm，螺絲接口d=18mm（3） 不凝性氣體出口管徑76×3mm（4） 冷凝水出口管徑282×6mm2、換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力（1） 管程流動(dòng)阻力（Ft結(jié)垢校正系數(shù)，Np管程數(shù)，Ns殼程數(shù)）由Re=25076，取傳熱管管壁相對(duì)粗糙度為0.01mm，則

14、，查圖摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)系得，流速，u=0.77m/s,=990kgm3，所以：=2542.3=880.5 對(duì)于Ø25mm×2.5mm的管子有，且，（3682.6+1913）21.5=10268.4pa 管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。（2） 殼程阻力流體流經(jīng)管束的阻力 公式中 F管子排列方式對(duì)壓力降的校正系數(shù)，正三角形排列F=0.5 殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re>500時(shí)，=0.3887 橫過(guò)管束中心線的管數(shù)，11折流板間距B=0.45m，折流板數(shù)=9， 殼程流通截面積殼程流體流速為0.50.=3670Pa流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 =1931.5Pa 總阻

15、力 3670+1931.5=5601.5Pa殼程流動(dòng)阻力也比較適宜。8.折流擋板折流擋板類型：?jiǎn)稳笨谡哿鲹醢彘g距：450mm折流擋板厚度：12mm9.其他附件（1） 拉桿拉桿直徑=12mm，其數(shù)量不少于十根（2） 防沖擋板定距管此殼程大小應(yīng)設(shè)置防沖擋板定距管直徑=16mm（3） 支架高200mm，底長(zhǎng)75mm7、 設(shè)計(jì)結(jié)果的匯集換熱器型式：列管式固定板式換熱器換熱器面積m2:28.7工藝參數(shù)物料名稱水水蒸氣操作壓力，kPa400-500600操作溫度。25/65158.7/158.7流量，kg/h851.98密度，kg/m39903.1686流速，m/s1.13510傳熱量，kw4139.1總

16、傳熱系數(shù)，W/(×)1037.1污垢系數(shù)，(/m2)/W2.6×10-4110-4管程數(shù)11使用材料不銹鋼不銹鋼管子規(guī)格25×2.5管數(shù)98管長(zhǎng)4500mm管心距，mm32排列方式正三角形折流板形式上下間距/切口高度450mm/100mm殼體內(nèi)徑，mm400 八、主要符號(hào)說(shuō)明P壓力，Pa； Q傳熱速率，W；R熱阻，(/m2)/W ； Re雷若準(zhǔn)數(shù)；S傳熱面積，m2； t冷流體溫度，；T熱流體溫度，； u流速，m/s；qm質(zhì)量流速，t/h； h表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/()；導(dǎo)熱系數(shù)，W/(/)； 粘度，Pa×s；密度，kg/m3； A傳熱面積，m2；Pr普朗特系

17、數(shù)； Nb折流擋板數(shù)；K總傳熱系數(shù)，W/()； qv 體積流量；Nt管程； tm平均傳熱溫差，；九、設(shè)計(jì)心得為期一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)總算結(jié)束了。盡管在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我碰到了各種各樣的困難，但是在自己的努力以及同學(xué)的幫助下,我都將它們一一克服了。盡管其中的過(guò)程很辛苦，但是通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，收獲很大。在兩年的大學(xué)生活中，我們?cè)谡n堂里學(xué)到的僅僅是基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識(shí)，而并沒有把它們運(yùn)用到實(shí)踐中去。這次的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的鍛煉。從剛剛拿到任務(wù)時(shí)的茫然，到整個(gè)完成設(shè)計(jì)時(shí)的喜悅，整個(gè)過(guò)程除了如何學(xué)會(huì)查找合適的數(shù)據(jù)，計(jì)算之外，最重要的是鍛煉了獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，大到選擇公式和參數(shù)，小到編輯公式，從最初