《课程设计二》word版.doc

食品工程原理课程设计设计题目列管式换热器的设计学生姓名学生学号专业班级 指导教师设计时间2012年12月20日目录(一) 概述及设计方案简介11 设计方案简介11.1选择换热器的类型11.2换热管布置和排列问距11.3折流挡板形式11.4 流体流动空间及流速的确定1（二）工艺及设备设计计算11 确定物性数据12 计算总传热系数22.1 热流量22.2 平均传热温差22.3 冷却水用量22.4 总传热系数K23 传热面积的计算34 工艺结构尺寸34.1 管径和管内流速34.2 管程数和传热管数44.3 平均传热温差校正及壳程数44.4 传热管排列和分程方法44.5壳体内径44.6 折流板数44.7 接管55 换热器核算55.1 热量核算5（三）辅助设备的计算及选型6（四）设计结果汇总表7（五）主要符号说明8（六）参考资料8（七）果汁的生产工艺流程图9食品工程原理课程设计任务书学生姓名班级指导教师钟敏题目换热器的设计设计基本参数处理能力：5000kg/h设备型式：列管式换热器操作条件：冷却介质：水入口温度：5，出口温度：15 果汁：入口温度：75，出口温度：25。设计要求及内容1、设计方案简介 对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要论述。2、主要设备的工艺设计计算 物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。3、辅助设备的选型 典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。4、编写设计说明书 将设计所选定的工艺流程方案、主要步骤及计算结果汇集成工艺设计说明书。应采用简练、准确的文字图表，实事求是的介绍设计计算过程和结果。设计说明书要求在6000字以上，A4纸打印。 设计说明书内容：（1） 封面（课程设计题目、学生班级、姓名、指导教师、时间）（2） 目录（3） 设计任务书（4） 概述与设计方案简介（5） 工艺及设备设计计算（6） 辅助设备的计算机选型（7） 设计结果汇总表（8） 设计评述（9） 参考资料（10） 主要符号说明（11） 致谢(一) 概述及设计方案简介1 设计方案简介 1.1选择换热器的类型因为我们要加热的材料是果汁，流体压力不大，管程与壳层温度差较大，并考虑易清洗性，所以初步确定选用固定管板式换热器。 1.2换热管布置和排列问距常用换热管规格有19*2nm、25*2nm、25*2.5nm。标准管子的长度常用的有1500mm，2000mm，3000mm，6000mm等。当选用其他尺寸的管长时，应根据管长的规格，合理裁用，避免材料的浪费。 故该设计选用25*2nm的不锈钢管，长度6000mm，排列方式为采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。 1.3折流挡板形式 1.4 流体流动空间及流速的确定因为本次所要处理的果汁与冷却水的进出口温差都大于等于50，所以需要焊接膨胀节。由于果汁较水有腐蚀性，而管子及管箱用耐腐蚀材料造价低,故应使果汁走管程，冷却水走壳程。考虑到要进行加热的是果汁，所以选用不锈钢材质的管。综上所述，选用带膨胀节的固定管板式换热器，管内流速取u=0.5m/s。（二）工艺及设备设计计算1 确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值壳程水的定性温度为： 管程果汁的定性温度为： t =50 根据定性温度，查得：果汁在50下的有关物性数据如下： 密度 = 1050 kg/定压比热容 =3.98 kJ/(kgK)导热系数 =W/(mK)黏度 =0.00215Pas冷却水在10下的有关物性数据如下： 密度 =999.7 kg/定压比热容 =4.191 kJ/(kgK)导热系数 = 0.5745 W/(m)黏度 =0.0013077Pas2 计算总传热系数2.1 热流量=50003.98(75-25)=995000 kJ/h=276.4(kW)2.2 平均传热温差=（）2.3 冷却水用量 kg/h2.4 总传热系数K管程传热系数 Pr= 流体被冷却n=0.3 = =1318W/()）壳程传热系数假设壳程的传热系数 W/()污垢热阻 () / W() / W管壁的导热系数 .4 W/(m)，故 = = 390 W/()3 传热面积的计算 S= （）考虑15%的面积裕度，S=1.15S=1.1519.46=22.38（）4 工艺结构尺寸4.1 管径和管内流速选用25mm2.0mm的不锈钢管，管内流速取ui=0.5m/s。4.2 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数 =7.64根8根按单管程计算，所需的传热管长度为：L=35.6m按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长=6m，则该换热器的管程数为:=48(管程)4.3 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数R =5 P =0.143按单壳程，三管程结构，温度校正系数查表得： =0.93平均传热温差 = 4.4 传热管排列和分程方法采用组合排列法，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（焊接法），则t=1.2525=31.25 mm 32 （mm）横过管束中心线的管数 4.5壳体内径采用多管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为：D=1.05t=1.0532=278（mm）圆整可取D=300mm。4.6 折流板数采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的35，则切去的圆缺高度为：h=0.35300=105（mm）。取折流板间距B=0.6D,则 B=0.6300=180（mm）。折流板数 N=-1=-1=32（块）折流板圆缺面水平装配。4.7 接管壳程流体进出口接管:取接管内流速为u=1.0 m/s,则接管内径为： =0.0917（m）取标准管径为 90 mm 。管程流体进出口接管:取接管内流速为u=1.5 m/s,则接管内径为：0.0335（m）取标准管径为 30 mm5 换热器核算5.1 热量核算（1）壳程对流传热系数 对圆缺形折流板,可采用克恩公式：=0.36当量直径，由正三角形排列得d=0.020（m）壳程流通截面积：=BD(1-)=0.180.3 (1-)=0.0118（m）壳程流体流速及其雷诺数分别为=0.559（m/s） Pr=黏度校正（）=0.95 =0.36W/()（2）管程对流传热系数 =0.00277（m）=（m/s） (2000Re10000)（3）传热系数K =597 W/()（4）传热面积S S=（m）该换热器的实际传热面积（m）该换热器的面积裕度为 H=该换热器的面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。（三）辅助设备的计算及选型1 封头壳体内径较小，故采用封头。接管和封头可用法兰或螺纹连接，封头与壳体之间用螺纹连接，以便卸下封头，检查和清洗管子。2 分程隔板分程隔板可提高介质流速，增强传热。同时应严防分程隔板的泄漏，以防止流体的短路。（四）设计结果汇总表换热器型式列管式换热面积，m219.46工艺参数名称壳程管程物料名称冷却水果汁操作温度（进/出口）5/1575/25操作压力，MPa0.50.3流量，kg/h237415000流体密度，kg/m99971050比热容kJ/(kgK)4.1913.98流速，m/s0.5590.478平均温差，33.86总传热系数，W/m2390传热量，kW276.4对流传热系数，W/m2110211720污垢系数，m2/W0.0001720.0005程数16直径，mm300252.0长度，mm6000推荐使用材料不锈钢 不锈钢管子规格48根，管间距32mm正三角形排列折流板型式32块，弓形上下间距180mm，切口高度35%说明：参照标准固定管板式换热器型与基本参数JB/T4715-92 （五）主要符号说明希腊字母对流传热系数，w/m； 有限差值；导热系数，w/m； 密度，kg/； 粘度，Pas； 校正系数。英文字母B 折流板间距，m； N管程数；C 系数，无量纲； Nu 努塞尔特准数；d 管径，m； Qi 热流量 ；kJ/hD换热管外壳内径，m P 压力，Pa；因数f 摩擦系数； Pr 普兰特准数；F 系数； R 热阻，() / W；h 圆缺高度，m； Re 雷诺准数；K 总传热系数，w/ m； S 传热面积，m；L 管长，m； t 冷流体温度，；m程数 T 热流体温度，；N折流板数 u 流速，m/s； 指数、单程管数。 W 质量流量，kg/s；下标c 冷流体； h 热流体；i 管内； m 平均；o 管外； s 污垢。（六）参考资料1.中华人民共和国国家标准.HG 20537.2-1992(2009) 管壳式换热器用奥氏体不锈钢焊接钢管技术要求.国家技术监督局,20092.贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计M.天津：天津大学出