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- 3 -二、摘要- 4-三、初步选定换热器- 5 -四、设计计算- 6 -五、收获-11 -六、参考文献- 12 -附件一 换热器主要结构尺寸和计算结果- 13 -附件二 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）设备型式列管式固定管板换热器 （

2、3）操作条件 水蒸气：入口温度147.7，出口温度147.7 冷却介质：自来水，入口温度10，出口温度80 允许压强降：管程104-105,壳程103-104 （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，简称为换热器。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，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要

3、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

4、温的变化情况：热流体进口温度147.7 出口温度147.7；冷流体进口温度10，出口温度为80，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252.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），参见资料取管内流速u1=1.5m/s。设计参数水水蒸汽入口

5、温度/10出口温度/80定性温度/45147.7密度/kgm-3990.02.4152黏度/Pas-10.0006000.0000128定压比热容/kJkg-1k-14.174热导率/m-1k-10.64000.6835汽化潜热/kJkg-12125.4四、设计计算与说明（一）计算总传热系数1、热流量=130/360010004.174(80-10)=10550 kJ/s水蒸气流速 (kg/s)Vs=m/=2.16m3/s2、平均传热温差 =(137.7-67.7)/(137.7/67.7)式中： ,求得tm,1=98.593、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

6、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/()左右，先取K值为1100W/()计算,则传热面积为:由得: ()考虑安全系数5%-15%，取10%，则A=97.3(100+10）%107（）（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（m3h-1）n=按单程管计算，所需的单程传热管长度为 ：L=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，采用标准设计，现取传热管长l=4.5m，则该换热器的管程数为：Np=传热管总

7、根数： Nt=774=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，则 t=1.2525=31.2532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（3）各程相邻管的管心距为44。3、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可取D=700mm。4、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=0.25700=175m故可取H=200mm。（2）折流板间不小于0.2D,不大于D,取

8、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 u40m/s，则接管内径为 mm圆整到标准尺寸为2738mm。（2）管程流体进出口接管：取接管内水流速 u2.5m/s，则接管内径为 mm圆整到标准尺寸为1654.5mm。（3）冷凝口出口管径：取管内流速u2.0m/s圆整到标准尺寸为603.5mm。（4）不凝性气体出口管径 自取763mm6、管板及外壳壁厚度（1）管板厚度 （2）外壳壁厚度 自取7、外壳直径及长度（1）外壳直径 D=700mm（2）外壳长度 =4500+700+350+214=5578mm8、容器法兰查阅相关资料，

9、可得法兰外径：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（DN）700 mm管尺寸252.5 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Si0.0253 m2传热面积A111.2 m2对照上表可做以下核算：每程的管数n1=总管数n/管程数Np=322/4=80.5,管程流动面积Si=（/4）（0.02）280.5=0.0253m2，与查得的0.0253m2很好符合；传热面积A=

10、d0ln=3.140.0254.580.5=113.8 m2，比查得的111.2 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=111.2m2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）管程给热系属普朗特数 =7234.92）壳程给热系数 经计算=7951.43）传热系数 =1109.5 w/m2k4)所需传热面积 面积裕度为 传热面积裕度在10%-25%间合适，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

11、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【M】.天津：大学出版社,1999.3 谭天思. 化工原理【M】.北京：化学工业出版社,2006.4 刘雪暖.化工原理课程设计【M】.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,

12、2004.6 唐克中.画法几何与工程制图【M】.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（）：111.2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/10/80147.7/147.7流量/kgh-113000018756流体密度/kg990.02.4152流速/ms1.535.27对流传热系数/wm-2k-17234.97951.4污垢系数/kw-10.00040.000052程 数Np41使用材料碳钢碳钢项 目数 据项 目数 据总传热系数/w-1k-11109.5传热量/kw10550壳内径D(

13、DN)700mm管尺寸 25X2.5mm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Si/m0.0253管排列方式正三角形水蒸气接口管径/mm2738循环水接口管径/mm1654.5冷凝水出口管径/mm603.5不凝性气体出口管/mm783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拉杆直径/mm16拉杆数目6附件二主要符号说明符 号说 明符 号说 明Q传热速率，W对数平均温差粘度，PaSms质量流量，k