化工原理课程设计-换热器的设计—水冷却牛奶

设计题目换热器的设计水冷却牛奶设计者班级食品1001姓名张红梅学号20103248班级食品1002姓名王清学号20103277指导教师李凤设计成绩进度说明书图纸总分日期年月日西南科技大学生命科学与工程学院目录一设计任务和设计条件411设计题目412设计条件413设计任务4二设计方案简介42设计原则421换热器类型的选择522流径的选择723设计流程图7三确定设计方案831选择换热器的类型832流体流入空间的选择933流向的选择934确定物性数据9四计算总传热系数1041计算热负荷1042冷却水的用量1043平均温差1034估算传热面积1145初选换热器规格11五、核算总传热系数1151管侧传热系数1152壳侧传热系数1253污垢系数1254总传热系数1355面积裕度1356管壁温度13六、核算压强降1461管程压强降1462壳程压强降157、辅助设备的计算及选型1671管箱1672封头1673旁路挡板1674折流板1775接管1776导流筒1877、放气孔、排气孔18八、设计结果一览表18九对设计的评述12十参考文献21一设计任务和设计条件1设计题目水冷却牛奶2设计条件1纯牛奶处理量70（6080范围选）吨/小时、进口温度100、出口温度30、压强降管程80KPA壳程50KPA2冷却水进口温度24、出口温度32。3设计任务1根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板等。2绘制列管式换热器的装配图。3编写课程设计说明书。二、设计方案简介换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类混合式、蓄热式、间壁式。间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是体积庞大且不能完全避免两种流体的混合。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型21换热器类型的选择根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。1固定管板式换热器固定管板换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。2U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10左右3浮头式换热器浮头式换热器其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。4填料函式换热器填料函式换热器其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。22流径的选择在具体设计时考虑到尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧传热系数接近；在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷装置，应尽量减少其冷量损失；管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。参考标准1不洁净和易结垢的流体宜走便于清洗管子，浮头式换热器壳程便于清洗。2腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。3压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，其中冷却介质循环水操作压力高，宜走管程。4饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。5被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果。6需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。7粘度大的液体或流量较小的流体，宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低RERE100下即可达到湍流，以提高对流传热系数。8若两流体的温度差较大，传热膜系数较大的流体宜走壳程，因为壁温接近传热膜系数较大的流体温度，以减小管壁和壳壁的温度差。23设计流程图三确定设计方案31选择换热器的类型两流体温的变化情况热流体（牛奶）进口温度100出口温度30；冷流体（水）进口温度24，出口温度为32，该换热器用循环冷却水冷却，因温差较大，属于高温操作，因此选择浮头式换热器。32流体流入空间的选择从两物流的操作压力，难易结垢来说，应使走牛奶管程，冷却水走壳程，因为不易清洗和易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。因为牛奶在高温下容易结垢，所以应使牛奶走管程，冷却水走壳程。33流向的选择冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，所需的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然在一般情况下,因工艺上无特殊要求，逆流操作有利于传热效果，所以选用逆流操作34确定物性数据牛奶的定性温度T652T1水的定性温度T28T表一两流体在定性温度下的物性数据牛奶在65度下的物性数据1水在28度下的物性数据2密度1030（KG/MI9962（/）比热容CP39KJ/（KGCPI4176KJ/（KG黏度U15PAS103UI0845210PAS3导热系数053W/MI0614W/M四计算总传热系数41计算热负荷Q005308333W）（T21CPQM103967）（342冷却水的用量WIHKGSKGTPMI/725/1589243617458Q10543平均温差TM1542LN430210LNTTT421T2121）PT2T1/T1T1105RT1T2/T2T1875由图按单壳程，双管程结构得088即平均温差4825801MT44计算传热面积根据牛奶的粘度，传热系数K的大致范围2，取K530W,则估算传热面积MMTKQA245285303估45初选换热器规格4表2换热器的相关参数壳径（MM）1200管子尺寸（MM）19X2公称压强MPA25管长M6公称面积）4682管子总数N1348管程数（NP）6管子排列方法正方形旋转45中心排管数27管程流通面积（）00396实际传热面积NDL13483140019648250S2M要求过程的总传热系数为KW/0489254830MTSQ2五、核算总传热系数51、管程的给热系数管程流通面积0396IA）2MM/S481X0/7UIVSI9503REIID04153019/PRIICP因为230050059240551282800EFPANNFFPBC10357256913275940201PAUDB5437629621450322PANFPPA50KA,壳程流体压强降在允许范围之内。综上，管程壳程流体压强降都在允许范围之内。七、辅助设备的计算及选型71管箱因为DN1200MM900MM之间，所以应选封头管箱。72封头因为DN400MM，所以采用圆形封头。73旁路挡板因为DN1200MM，在800MM1200MM之间，所以旁路挡板数量选3对。74折流板采用缺25的圆缺型折流板。NC27取隔板间距B450MM1245061BLN折流板数目75、接管程流体进出口接管取接管内牛奶流速U115M/S，则接管内径为MV0404513601437D1壳程流体进出口接管取接管内冷却水流速U110M/S，则接管内径为MUV450702963140574D52276、导流筒壳程流体的进出口和管板间必须存在有一段流体不能流动的空间（死角），为了提高传热效果，常在管束外增设导流筒，使流体进出壳程时必然经过这个空间。77、放气孔、排气孔换热器的壳体上常设有放气孔、排气孔，以排除不凝气体和冷凝液等。八、设计结果一览表表设计结果一览表参数壳程管程流量/KG/H57200070000进/出口温度/24/32100/30压力/KPA5080定性温度/2865密度/KG/M399621030定压比热容/KJ/KG417639粘度/（PAS）0845231015310热导率（W/MK）0614053物性普朗特数5751104形式浮头式壳程数1壳体内径/MM1200台数1管径/MM0219管心距/MM25管长/MM6000管子排列正方形旋转045设备结构参数管目数/根1348折流板数/个12传热面积/4682折流板间距/MM450管程数6材质不锈钢主要计算结果壳程管程流速/M/S1417048表面传热系数/（2/MW64518130413污垢热阻/（00001720000172热流量/W5308333传热温差/2248传热系数/2/MW6097裕度/2088九对设计的评述本次设计，我们通过在图书馆和网上查阅了大量的相关资料，保证了牛奶和水的参数的准确性，在设计换热器时，通过大量的讨论和计算，使设计的结果尽量完美，满足工业化的要求。同时通过这次设计,我们学会了查阅资料，选用公式和搜集数据包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集的能力；树立了既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；培养了迅速准确的进行工程计算的能力；掌握如何更好的利用好数据，运用工程制图，计算机这些学过的课程去设计，加强了我们的动手能力，综合能力。在设计过程中，我们认真对待，全面思考和准备，尽自己最大的能力去做好这次的设计这次是我们第一次做课程设计，难免有一些不足的地方，请老师批评指正。十参考文献乳与乳制品工艺学