固定管板式换热器的设计

1、天津理工大学固定管板式换热器设计说明书专业：过程装备与控制工程姓名:学号:届：2008指导教师：目录一. 确定设计方案2（1） 设计内容与要求 2（2） 换热器的类型选择及流程安排 2二. 工艺计算 3（1）确定物性参数 3（2）估算传热面积 3（3）传热管排列及分程 4三部件结构设计 6（1）壳体内径 6（2）折流板、拉杆和缓冲挡板 6（3）接管及其计算 5（4） 分程隔板与分程隔板槽 7（5）封头 7（6）鞍座 8（7）换热管与管板的连接 8四.换热器核算 8（1）换热器核算10五.设计结果概要一. 确定设计方案(1) 设计内容与要求1. 设计条件：设计一列管式换热器，处理鲜奶3000升/

2、小时，主要用于加热 杀菌操作。设计依据：冷奶温度25C ,采用高温短时杀菌，加热至85C加热蒸汽采用锅炉房送出的饱和水蒸气，其压力p=0.199Mpa(表压);设计压力:0.199Mpa ;2. 设备类型：列管式换热器；3. 图纸：设备装配图一张，采用 A1图纸；零件图采用A2图纸(2) 换热器的类型选择及流程安排1. 选择换热器类型：饱和水蒸气的压力为0.199Mpa,饱和水蒸汽的该压力下温度120C。牛奶的进口温度25C，出口温度85C。其定性温度为：(25C +85C) /2=55 C。2. 流程安排：饱和水蒸气通入壳程，便于排出冷凝水；牛奶通入管程，便于 提高流速，增大传热膜系数。二.

3、 工艺计算(1)确定物性参数1. 定性温度取流体进出口温度的平均值。饱和水蒸气：T=(120 C +120C )/2=120 C鲜牛奶:t=(25 C +85 C )/2=55 C2. 根据定性温度查出有关物性参数(根据饱和水蒸气物性参数 表)120 C下饱和水蒸气的物性数据：汽化潜热：Lv=2203.3kJ/kg粘度：卩=0.12 io4 pa.s导热系数：入=2.45w/m. C热容：Cp=2.152kJ/kg. C55 C下牛奶的物性参数：密度：p =1.03g/ml 粘度：卩=0.0015pa.s(2)估算传热面积1. 热负荷:Q仁mCRt1=0.833 X 2.5 X (85 C -

4、25 C) x 0.98=122.451kw2. 平均传热温差：Th仁Th2=120C , Tc仁25 C , Tc2=85 C t1=Th1-Tc1=95 C , t2=Th2-Tc2=35 C逆流时的对数传热温差： tm=( t1- t2)/ln t1/ t2=60.1 C3. 传热面积：由于牛奶的粘度 卩=0.0015Pa.s v2X10Pa.s,根据经验数据，初选传热系数k取800w/m2. C .初步定传热面积:A=Q1/K tm=122.45kw/(0.8 x 60)C =2.55m24. 蒸汽的使用量：考虑到热损失，则 Q2=1.05Q1m=Q2/Lv=1.05X 122.451

5、/2203.3=535.89kJ/h(Lv为饱和水蒸气的汽化潜热)(3) 传热管排列及分程1. 管径选用和管内流速计算管径:由于牛奶是食品，按规定应该采用卫生管，按规格表选用19 x 2mm勺碳钢无缝钢管。管内流速的计算：管程内牛奶的流速n=1.5m/s2. 管程数和传热管数及其排列分程方法传热管单程数nsns= 9V 二 0.833/130 =3根ndi2n n /4?.15 2?-54确定程数暗单程数计算所需要的传热管长度：L=A0/ n dns=2.55/(3.14 x 0.019 x 3)=12.2m 取 L=12m 取标准管长度l=2m,则管程数Np二L/l=12/2=6(管程) 所

6、以传热管总数：NT=6X 3=18根3. 管子排列和分程采用正三角形排列管心距 t=1.25d0=1.25 x 19=23.75mm取t=25mm隔板中心到最后一排管中心距s=t/2+6=18.5mm取s=19mm各程相邻管心距为19x 2=38mm三. 部件结构设计(1) 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n =0.55则壳体内径：D=1.05(Nt/ n )0.5=1.05 X 25X (18/0.55)0.5=225D圆整为273mm长径比：l/D=2000/2738,在6 , 10之间。故满足。(2) 折流板、拉杆和缓冲挡板1. 折流板：采用弓形折流板，弓形折流板圆缺高度一般为10%

7、-40%可取25%则切去的圆缺高度为：h=225X 25%=55mm.折流板数目：NB=3块。2. 拉杆：根据换热器拉杆选择标准(附表),本换热器壳体内径D=273mm, 可选用拉杆直径12mm拉杆数目4个，拉杆两端螺纹为 M123. 放冲挡板：壳程入口处应设防冲挡板。(3) 接管及其计算换热器接管使用无缝钢管蒸汽进口焊接连接，压力表口采用螺纹连接，其余为法兰连接法兰标准为HGIT 20592-2009法兰类型为板式平焊(PL)法兰密封面为凸面(RF采用补强圈结构进行开孔补强换热管与管板的连接采用焊接结构接管：管程流体进出口接管，取管内牛奶的流速u 1=1.5m/s。则接管内经：D仁(4v/

8、n u 1) 0.5=(4 X 3/3.14 X 1.5)=30mm。取D1=30mm壳程流体进出口接管，取接管内流体流速u 2=10m/s。则接管内经：D2=(4v/ n u 2) 0.5=(4 X 0.079/3.14 X 10)=100mm 取 D2=100mm(4) 分程隔板与分程隔板槽分程隔板厚度取10mm开设 6mm勺孔分成隔板槽深4mm宽12mm(5) 封头封头选择椭圆形封头，公称直径 DN=300mm封头代号 EHA 300X 8-0Gr18Ni9 JB/T4746-2002(6) 鞍座鞍座 BI300-F(S) H=150(7) 换热管与管板的连接对于本设计，压力不高轻微腐蚀

9、，所以换热管和管板采用焊接。四. 换热器核算(1)换热器核算一.传热能力核算1. 壳程流体传热膜系数a 0设换热管外壁温tw=140 C ,则冷凝液膜的平均温度:(tw+ts)/2=(147 C +140C )/2=143.5 C。膜温在143.5 C下的水的物性参数：p =925kg/m3 =19x 10-5Pa.s入=0.684w/m.k nc=1.1(Nt)0.5=1.1x (24)0.5=5.3889a 0=0.725(g p 2 入 3r/n2/3 卩 d0A t)0.25=11.146 x 103w/m2C2. 管程传热膜系数a i管程流体流通截面积：Si= n di2ns/4=3

10、.14 x (21 x 10-3)2 x6/4=0.002078m2管程流体流速：U i二V/si=3.25/(0.002078 x 3600)=0.434m/s管程雷诺数：Re=p di u i/ 卩=(1025 x 21 x 10-3 x 0.434)/1.3 x10-3=7168 4000.管程流体处于湍流。管程普兰特常数：Pr二Cpa/入i=(3.9 x 103x 1.3 x10-3)/0.54=9.39管内传热膜系数：a i=0.023 入 iRe0.8Pr0.4/di=0.023 x 0.54 x(7168)0.8 x (9.39)0.4/0.021=2559w/m2 C3. 污垢热阻和管壁热阻管内侧污垢热阻Ri=0.000172m2C /w10换热器主要结构尺寸表五. 设计结果概要1.物性参数表:管程壳程流速Kg/h3000200温度C进/出25/85120/120压力MPa10.2定性温度C55120密度kg/m310302.415热容KJ/kg. C2.5导热系数w/mC0.53粘度Pa.s1.5 X 10-3普兰特系数9.39112.设备结构参数型式固定管板式台数1壳体内径mm1273mm壳程数1管径mm 19X 2mm管心距mm25管长m