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： 753461153 指導老師： 張 彬 設計時間： 20106.04 目錄一、換熱器設計任務書- 3 -二、摘要- 4-三、初步選定換熱器- 5 -四、設計計算- 6 -五、收獲-11 -六、參考文獻- 12 -附件一 換熱器主要結構尺寸和計算結果- 13 -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

2、水蒸氣：入口溫度147.7，出口溫度147.7 冷卻介質：自來水，入口溫度10，出口溫度80 允許壓強降：管程104-105,殼程103-104 （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。隨著換熱器在工業生產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，占據主導作用，主要有殼體、管束、

3、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在內流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優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，往往在殼體內安裝一定數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：

4、熱流體進口溫度147.7 出口溫度147.7；冷流體進口溫度10，出口溫度為80，該換熱器用循環冷卻水冷卻，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，循環冷卻水走殼程。但由于循環冷卻水較易結垢，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.管徑和管內流速選用25×2.5mm較高級冷拔傳熱管（碳鋼），參見資料取管內流速u1=1.5m/s。設計參數水水蒸汽入口溫

5、度/10出口溫度/80定性溫度/45147.7密度/kg·m-3990.02.4152黏度/Pa·s-10.0006000.0000128定壓比熱容/kJ·kg-1·k-14.174熱導率/·m-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1、熱流量=130/3600×1000×4.174×(80-10)=10550 kJ/s水蒸氣流速 (kg/s)Vs=m/=2.16m3/s2、平均傳熱溫差 =(137.7-67.7)/(137.

6、7/67.7)式中： ,求得tm,1=98.593、計算傳熱面積A 求傳熱面積A需要先知道傳熱系數K值，而K值又與給熱系數、污垢熱阻等有關。在換熱器的直徑、流速等參數未定時，給熱系數也無法計算，所以只能先進行試算。根據資料查得和水之間的傳熱系數在 1300W/(·)左右，先取K值為1100W/(·)計算,則傳熱面積為:由得: ()考慮安全系數5%-15%，取10%，則A=97.3×(100+10）%107（）（二）工藝結構尺寸1、管程數和傳熱管數設所需單程管數為n，從管內流量體積可依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數（m3·h-1）n=按單程管計算，所需

7、的單程傳熱管長度為 ：L=按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。根據本設計實際情況，采用標準設計，現取傳熱管長l=4.5m，則該換熱器的管程數為：Np=傳熱管總根數： Nt=77×4=308（根）2、傳熱管排列和分程方法（1）采用組合排列法,即每程內均按正三角形排列,隔板兩側采用正方形排列。（2）取管心距t=1.25d0，則 t=1.25×25=31.2532隔板中心到離其最近一排管中心距離計算：S=t/2+6=32/2+6=22（3）各程相鄰管的管心距為44。3、殼體內徑采用多管程結構，取管板利用率=0.7 ，則殼體內徑為：D=1.05t可取D=700mm。4、折流

8、擋板（1）采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為：H=0.25D=0.25×700=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：取接管內蒸汽流速為 u40m/s，則接管內徑為            mm圓整到標準尺寸為273×8mm。（2）管程流體進出口接管：取接管內水流速 u2.5m/s，則接管內徑為 mm圓整到標準尺

9、寸為165×4.5mm。（3）冷凝口出口管徑：取管內流速u2.0m/s圓整到標準尺寸為60×3.5mm。（4）不凝性氣體出口管徑 自取76×3mm6、管板及外殼壁厚度（1）管板厚度 （2）外殼壁厚度 自取7、外殼直徑及長度（1）外殼直徑 D=700mm（2）外殼長度 =4500+700+350+2×14=5578mm8、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：24mm9、封頭設計封頭選取:蝶形封頭厚度:14mm查資料得相近固定管板式換熱器的主要參數，如下圖：項 目數 據項 目數 據殼徑D（DN）

10、700 mm管尺寸25×2.5 mm管程數N4管長l4.5 m管數n322管排列方式正三角形排列中心排管數nc21管心距32 mm管程流通面積Si0.0253 m2傳熱面積A111.2 m2對照上表可做以下核算：每程的管數n1=總管數n/管程數Np=322/4=80.5,管程流動面積Si=（/4）（0.02）2×80.5=0.0253m2，與查得的0.0253m2很好符合；傳熱面積A=d0ln=3.14×0.025×4.5×80.5=113.8 m2，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

11、.2m2為準；中心排管數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 =7234.92）殼程給熱系數 經計算=7951.43）傳熱系數 =1109.5 w/m2·k4)所需傳熱面積 面積裕度為 傳熱面積裕度在10%-25%間合適，該換熱器能夠完成生產任務。五、收獲經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

12、閱大量的資料才能解決。（3） 最后，我對于實際工具的設計有了系統的認識，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【M】.北京：化學工業出版社,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【M】.北京：化學工業出版社,2006.4 劉雪暖.化工原理課程設計【M】.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【M】.北京:中國農業大學,2004.6 唐克中.畫法幾何與工程制圖【M】.北京:高等教育出版社,2002.附件一 換熱器主要結構尺寸和計算結果換熱器型式：固定管板式換熱器

13、面積（）：111.2工藝參數名 稱管 程殼 程物料名稱循環水水蒸氣操作壓力/MPa常壓0.45操作溫度/10/80147.7/147.7流量/kg·h-113000018756流體密度/kg·990.02.4152流速/m·s1.535.27對流傳熱系數/w·m-2·k-17234.97951.4污垢系數/·k·w-10.00040.000052程 數Np41使用材料碳鋼碳鋼項 目數 據項 目數 據總傳熱系數/w·-1·k-11109.5傳熱量/kw10550殼內徑D(DN)700mm管尺寸¢

14、25X2.5mm管長l/mm4500外殼長度/mm5578管數n322中心排管數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Si/m0.0253管排列方式正三角形水蒸氣接口管徑/mm273×8循環水接口管徑/mm165×4.5冷凝水出口管徑/mm60×3.5不凝性氣體出口管/mm78×3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/個24螺栓孔中心圓徑/mm920螺紋規格M27拉桿直徑/mm16拉桿數目6附件二主要符號說明符 號說 明符 號說 明Q傳熱速率，W對數平均溫差粘度，Pa