专业课程设计任务计划书张银苹.doc

食品工程原理课程设计阐明书列管式换热器设计姓名： 学号： 班级： 12 月 24 日食品工程原理课程设计任务书姓名： 学号： 班级：一、 设计题目：列管式换热器设计二、 设计内容设计内容某生产过程中，需将11200kg/h牛奶从140冷却至50，冷却介质采用循环水，循环水入口温度20，出口温度为40。容许压降不不不大于105Pa。试设计一台列管式换热器并进行核算。牛奶定性温度下物性数据：密度1040kgm-3；黏度1.103*10-4Pas；定压比热容 2.11kJ/(kg )；热导率0.14W/(m )完毕日期12月21日三、 设计规定序号设计内容规定1工艺计算热量衡算，拟定物性数据，计算换热面积2构造尺寸设计管径、流速、管程数、传热管数、壳径、壳程数、折流板数等3核算热量核算、流动阻力计算4编写设计阐明书目录，设计任务书，设计计算及成果，参照资料等5其她设计评述及关于问题分析和讨论6图纸2#主视图（设备重要构造形状及重要零部件间装配连接关系）尺寸（表达设备总体大小 规格 装配 安装等尺寸）重要零部件编号及明细栏管口符号及管口表等目 录一、设计意义-4 二、重要参数阐明-4 三、设计计算-5 1、拟定设计方案- -5 2、拟定物性数据- -5 3、计算总传热系数-6 4、计算传热面积-75、工艺构造尺寸-76、换热器核算-9 1）热量核算-9 2）换热器内流体流动阻力-11 3）换热器重要构造尺寸和计算成果总表-12四、参照文献-13一、 设计意义换热器广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业。在食品工业中加热、冷却、蒸发和干燥单元操作中，咱们也经常用到换热器应用于食品物料加热或冷却。在众多类型换热器构造中，管壳式换热器应用最为广泛，因而要依照特定工艺规定设计合理换热器，以满足不通场合需求。选取换热器时，要遵循经济，传热效果优，以便清洁，符合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，列管式换热器等。不同换热器合用于不同场合。在众多类型换热器中，浮头式换热器应用较为广泛。它构造简朴，其长处有介质间温差不受限制，可在高温，高压下工作，可用于结垢比较严重场合，可用于管程易腐蚀场合，特别是其内管束可以抽出，以以便清洗管及壳程，管束在使用过程中由温差膨胀而不受壳体约束，不会产生温差压力，因此，首选浮头式换热器。二、重要参数阐明B折流板间距，；C系数，无量纲； d管径，m；D换热器外壳内径，m；f摩擦系数；F系数；h圆缺高度，m；K总传热系数，W/(m2)；L管长，m；m程数；n指数； N管数；NB折流板数；Nu怒赛尔特准数；P压力，Pa；Pr普兰特准数q热通量，W/m2；Q传热速率，W；r半径，m；R热阻，Re雷诺数；S传热面积，m2；t冷流体温度，；T热流体温度，；u流速，m/；W质量流量，kg/s；a对流传热系数，有限差值；导热系数，；粘度，Pa.s；密度，kg/m3；校正系数；下标c冷流体；h热流体；i管内；m平均；o管外；s污垢.三、设计计算1.拟定设计方案 工艺规定：某生产过程中，需将11200kg/h牛奶从140冷却至50，冷却介质采用循环水，循环水入口温度20，出口温度为40。容许压降不不不大于105Pa。试设计一台列管式换热器并进行核算。（1）选取换热器类型 两流体温度变化状况：热流体进口温度140，出口温度50，冷流体(循环水)进口温度20，出口温度40。浮头式换热器一端管板与壳体固定，而另一端管板可在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由，故当两种介质温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆构造，使管束能容易插入或抽出壳体，这样为检修，清洗提供了以便。（2）流动空间及流速拟定 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，牛奶走壳程。选用252.5碳钢管，管内流速取=1.0m/。2拟定物性数据 定性温度：可取流体进口温度平均值。壳程牛奶定性温度为T=95（）管程冷却水定性温度为t=（）依照定性温度，分别查取壳程和管程流体关于物性数据。牛奶在95下关于物性数据如下：密度=1040 kg/m3定压比热容=2.11kJ/(kg)导热系数 =0.140 W/(m)粘度=0.0001103 Pas循环冷却水在35下物性数据：密度=995.7 kg/m3定压比热容 =4.17 kJ/(kg)导热系数 =0.617 W/(m)粘度 =0.0008012 Pas3计算总传热系数 （1）热流量 Qo=WoCpoto=11200/36002.11(140-50)=590.8(kW)（2）平均传热温差=58.14（）（3）冷却水用量 Wi = （4）总传热系数K 取K=500 W/(mk)粗估传热面积 S=Q/Kt =20.32（m）考虑 15面积裕度.S=1.15S=1.1520.32=23.37(m2)。5工艺构造尺寸 （1）管径和管内流速 选用252.5传热管（碳钢），取管内流速ui=1.0m/s。 2）管程数和传热管数根据传热管内径和流速拟定单程传热管数 按单程管计算，所需传热管长度为m按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程构造。现取传热管长=7m，则该换热器管程数为（管程）传热管总根数N =232=46(根)3）平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数 按单壳程，双管程构造，温差校正系数应查关于图表，可得t=0.91平均传热温差tm=ttm=0.9158.14=52.91()由于平均传热温差校正系数不不大于0.8，同步壳程流量较大，故取单壳程适当。（4）传热管排列和分程办法 采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25，则t=1.252532(mm) 隔板中心到离其近来一排管中心距离S=+6=22（m）各程相邻管管心距为44m横过管束中心线管数 （5）壳体内径 采用多管程构造，取管板运用率0.70，则壳体内径为 圆整可取325mm（6）折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径25，则切去圆缺高度为h0.2532581.25(mm)，故可取h80 mm。 取折流板间距B0.3D，则B0.3325=97.5 (mm) 则可取B为100折流板数=传热管长/折流板间距-1=7000/100-1=69(块)折流板圆缺面水平装配。 （7）接管 壳程流体进出口接管：取接管内牛奶流速为 u2.0 m/s，则接管内径为 取原则管径为45 mm。 管程流体进出口接管：取接管内循环水流速 u2.0m/s，则接管内径为 圆整后取接管内径为70mm。6换热器核算 （1）热量核算 壳程对流传热系数 对圆缺形折流板，可采用公式 当量直径，由正三角形排列得 壳程流通截面积0.01*0.325*（10.025/0.032）=0.00656（m）壳程流体流速及其雷诺数分别为 普兰特准数 粘度校正W/( m2K)管程对流传热系数 管程流通截面积管程流体流速 普兰特准数（3）污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻：R=0.000176（）管内侧污垢热阻：取碳钢热导率为50w/（mk）因此传热系数K传热面积S该换热器实际传热面积Sp该换热器面积裕度为%传热面积裕度适当，该换热器可以完毕生产任务。2 壁温核算 因管壁很薄，且管壁热阻很小，该换热器用循环水冷却，且传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，减少了壳体和传热管壁温之差，但在操作初期，污垢热阻较小，课题和传热管壁温之差也许较大，计算中，应按最不利操作条件考虑，因而，区两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。 传热管平均壁温t=46.05壳体壁温T=95壳体壁温和传热管壁温之差为该温差较大，故需要温度补偿装置。（2）换热器内流体流动阻力 管程流动阻力Pi=(P1+P2)FtNsNpNs=1，Np=2，Ft=1.5由Re24492.12，传热管相对粗糙度0.2/200.01，查莫狄图得i0.04 W/m， 流速0.9098m/s， 995.7kg/m3，因此 （Pa）管程流动阻力在容许范畴之内。 壳程阻力 Po=(P1+P2)FtNsNsl，Ftl.15流体流过折流板缺口阻力 壳程流动阻力也比较适当。 (3)换热器重要构造尺寸和计算成果参数管程壳程流率(Kg/h)25502.1611200进/出口温度/20/40140/50压力/MPa物性定性温度/3095密度/（kg/m3）995.71040定压比热KJ/（kg）4.172.11粘度/（Pas）8.0121.103热导率（W/mk） 普朗特数5.411.66设备构造参数形式浮头式壳程数1壳体内径/325台数1管径/252.5管心距/32管长/7000管子排列管数目/根46折流板数/个69传热面积/25.28折流板间距/100管程数2材质碳钢重要计算成果管程壳程流速/（m/s）0.90982.0表面传热系数/W/（k）4523.591544.25污垢热阻/（k/W）0.00060.000176阻力/ MPa0.011350.03737热流量/KW590.8传热温差/K52.91传热系数/W/（K）524.80裕度/%18.80%四，参照文献1，化工原理（上册）陈敏恒、丛德滋、方图南编，化学工业出版社2，化工原理课程设计大连理工大学化工原理教研室编，大连理工大学出版社3，化工过程及设备设计涂伟萍、陈佩珍、程达芳编，化学工业出版社