列管式换热器设计水蒸气加热水

1、食品工程原理课程设计设计书设计题目：列管式换热器的设计姓名：胡硕学院班级：食品学院食科142班学号：753461153指导老师：张彬设计时间：2016.05.3006.04目录一、换热器设计任务书 错误!未定义书签。二、摘要错误!未定义书签。三、初步选定换热器 错误!未定义书签。四、设计计算 错误!未定义书签。五、收获错误!未定义书签。六、参考文献 错误!未定义书签。附件一 换热器主要结构尺寸和计算结果 错误!未定义书签。附件二1主要符号说明 -.15 -一、换热器设计任务书1、设计题目设计一台用饱和水蒸气加热水的列管式固定管板换热器2.设计任务及操作条件(1)处理能力 130 t/h(2)设

2、备型式 列管式固定管板换热器(3)操作条件水蒸气：入口温度147.7 C,出口温度147.7 C | .冷却介质：自来水，入口温度10C,出口温度80c允许压强降：管程10八4-10八5,壳程10A3-10八4(4)设计项目设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论 述。换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。换热器的主要结构尺寸设计。主要辅助设备选型。绘制换热器总装配图二、摘要在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热臾TTITO随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种 多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。列管式换热器又称为 管壳式换热器，是

3、最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用， 主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在内流 动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束 的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚 固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大 型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安 装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短 路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流 程度大为增加。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确

4、定换热器的结构尺寸三、初步选定换热器1、选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度147.7 C出口温度147.7 C;冷流体进口温度10C,出口温度为80C,该换热器用 循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一 因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步 确定选用固定管板式列管式换热器。2、管程安排从两物流的操作压力看，应使水蒸气走管程，循环冷却水走 壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快 污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应 使循环水走管程，水蒸气走壳程。3 .冷热流体流向安排：逆流4 .管径和管内流速选用25 x 2

5、.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），参见资料取管内流速 ui=1.5m/s。设计参数水水蒸汽入口温度/C10出口温度/C80定性温度/C45147.7密度/kg m-3990.02.4152黏度/Pa s-10.0006000.0000128定压比热容/kJ kg-1 k-114.174热导率 /W - m-1 k-10.64000.6835汽化潜热/kJ kg2125.4四、设计计算与说明(一)计算总传热系数1、热流量Qi mCp T =130/3600 x 1000X4.174 x (80-10)=10550 kJ/s水蒸气流速Q 10550 1000mi 5.21(kg/s)2125.4

6、1000Vs=m/p= 2.16mA3/s2、平均传热温差,( t1 - t2)=(137.7-67.7)/ In (137.7/67.7)In t1J t2 tm ,1 =式中：t1 147.7 10 137.7 C ,t2 147.7 80 67.7 c求得tm,1=98.59 C3、计算传热面积A求传热面积A需要先知道传热系数 K值，而K值又与给热系数、污垢热阻等有关。在换热器的直径、流速等参数未定时，给热系数也无法计算，所以只能先进行试算。根据资料查得和水之间的传热系数在1300W/( itf C )左右，先取K值为1100W/( itf C )计算，则传热面积为:Q1A -K tm1

7、0550 1000, 2、97.3 ( m2)98.59 1100考虑安全系数5%-15%取 10%,贝U A=97.3X (100+10 ) %M07(m2)(二)工艺结构尺寸1、管程数和传热管数设所需单程管数为n,从管内流量体积可依据传热管内径和流速确定单程传热管数ms 130 1000/ 3-1、131.3 ( m h 1)990.0按单程管计算,V 131.3/3600n= 2 772,0.785 0.025 1.5一 di Ui4所需的单程传热管长度为：L= A0107udon3.14 0.025 7717.7m按单程管设计,传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用标准

8、设计，现取传热管长l=4.5m ,则该换热器的管程数为:L 17.7NP=-l 4.53.9 4传热管总根数:N t=77X 4=308(根)2、传热管排列和分程方法(1)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。(2)取管心距 t=1.25d0 ,贝U t=1.25 X 25=31.25= 32 mm隔板中心到离其最近一排管中心距离计算:S=t/2+6=32/2+6=22 mm(3)各程相邻管的管心距为44项。3、壳体内径采用多管程结构，取管板利用率刀=0.7 ,则壳体内径为：D=1.05t Nt/- 1.05 32 308/0.7 681mm可取 D=700mm4、

9、折流挡板(1)采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%则切去的圆缺高度为：H=0.25D=0.25X 700=175m故可取H=200mm(2)折流板间不小于0.2D,不大于D,取折流板间距h=350mm(3)折流板用拉杆和定距管固定5、接管直径(1)壳程流体进出口接管：取接管内蒸汽流速为u=40m/s,则接管内径为d10.262m mm(4V 卜 5.21/2.4152U u 丫 3.14 40圆整到标准尺寸为273 x 8mm(2)管程流体进出口接管：取接管内水流速u =2.5m/s,则接管内径为d2；4 130000/(3600 990.0)3.14 2.5136.3 mm

10、圆整到标准尺寸为0165 x 4.5mm!(3)冷凝口出口管径：取管内流速 u = 2.0m/s4 5.21/990.00.058md3.3.14 2.0圆整到标准尺寸为060 x 3.5mm(4)不凝性气体出口管径自取76X3mm6、管板及外壳壁厚度(1)管板厚度3 d0 - 0.025 1875mm44(2)外壳壁厚度自取 14mm7、外壳直径及长度(1)外壳直径 D=700mm外壳长度L l R h 2 =4500+700+350+2K 14=5578mm8、容器法兰查阅相关资料，可得1法兰外径：975mm法兰厚度:44mm螺栓孔直径：30mm螺栓孔数：24mm9、封头设计封头选取：蝶形

11、封头 厚度:14mm查资料得相近固定管板式换热器的主要参数，如下图:项目数据项目数据壳径D (DN700 mm管尺寸 25X 2.5 mm管程数N4管长l4.5 m管数n322管排列方式正三角形排列中心排管数nc21管心距32 mm管程流通面积S 20.0253 m传热面积A_2111.2 m对照上表可做以下核算：每程的管数 n尸总管数n/管程数N=322/4=80.5,管程流动面积 S=（兀/4 ） （0.02） 2X80.5=0.0253m2,与查得的 0.0253m2很好符合；传热面积 A=% d01n=3.14 x 0.025 x 4.5 x 80.5=113.8 m2,比查得 的11

12、1.2 m2稍大，这是由于管长的一部分需用于在管板上固定管子。应 以查得的A=111.2n2为准；中心排管数nc,查得的nc=21正合适。（三）换热器核算1、热流量核算1）管程给热系属ReidU i0.02 1.5 990.030.600 1049500普朗特数Pr 巴23.91i 0.80.4 -0.6400-CC0.80.40.023 Re Pr 0.023 495003.91di0.020=7234.9W/m2?k=7951.4W/m2 ?k2)壳程给热系数经计算odi0.000400= 1109.5 w/m 2 , kRd。doidido %dw1.251, 2 0.0025 0.02

13、5、1.25)7234.954.7 0.02254)所需传热面积Q1AKe tm105500001109.5 98.59“L 296.5mAd A 1112 965面积裕度为H _p一 111.2_96.5 15.2%Ac96.5传热面积裕度在10%-25%J合适，该换热器能够完成生产任务。五、收获经过一个星期的计算和设计，我成功地设计出了一个列管换热器，这让 我收获颇多。(1)首先我了解到了设计仪器的一般步骤，让我对于换热器有了更加 深层次的了解.(2)其次，我了解到了把书本上的简单符号转换到实际设计中有多么 困难，有太多的问题需要去考虑，这些不是单纯的计算能够解决问题 的，需要查阅大量的资

14、料才能解决。(3)最后，我对于实际工具的设计有了系统的认识，这对于我在以后实际工作有很大的帮助六、参考文献主要参考文献1罗舜青，刘成梅.食品工程原理【M| .北京：化学工业出版社，2010.2姚玉英.化工原理【Ml .天津：大学出版社，1999.3谭天思.化工原理IM .北京：化学工业出版社，2006. )4刘雪暖.化工原理课程设计【Ml .山东：石油大学出版社,2001.5李云飞.食品工程原理概念与习疑解答【M.北京：中国农业大学,2004.6唐克中.画法几何与工程制图【Ml .北京：高等教育出版社,2002.附件一换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式：固定管板式换热器面积（M） : 11

15、1.2工艺参数名称管程壳程物料名称循环水水蒸气操作压力/MPa常压0.45操作温度/c10/80147.7/147.7流量/kg h-113000018756流体密度/kg m 3990.02.4152流速/m . s1.535.27对流传热系数/w - m 2 - k-17234.97951.4污垢系数/ ttf k w10.00040.000052程数M41使用材料碳钢碳钢项目数据项目数据总传热系数/w - rn2 - 1 - k-11109.5传热量/kw10550壳内径D(DN)700mm管尺寸C 25X25mm管长l/mm4500外壳长度/mm5578管数n322中心排管数nc21管心距/mm32相邻管心距/mm44折流挡板型式弓形圆缺高度/mm200折流板间距/mm350折流挡板厚度/mm6管程流通面S/m20.0253管排列方式正三角形水蒸气接口管径/mm 273X8循环水接口管径/mm 165X 4.5冷凝水出口管径/mm 60X 3.5不凝性气体出口管/mm 78X3管板厚度/mm18.75外壳壁厚度/mm14封头厚度/mm14封头型式蝶形螺栓孔径/mm30法兰外径/mm975法兰厚度/mm44螺栓孔数/个24螺栓孔中心圆径/mm920螺纹规格M27拉杆直在/mm爵-16拉杆数目6附件二主要符号说明符