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：指导老师:张 彬设计时间：20106.04目录一、换热器设计任务书二、摘要三、初步选定换热器四、设计计算五、收获八、参考文献附件一换热器主要结构尺寸和计算结果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（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-

2、10八5,壳程10A3-10A4（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

3、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

4、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 2.5mm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/Q10出口温度/C80定性温度/C45147.7密度 /kg m-3990.02.

5、4152黏度 /Pa s-10.0006000.0000128定压比热容/kJ kg-1 k-14.174热导率/Wm-1 k-10.64000.6835汽化潜热/kJ kg-12125.4四、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 1000 x 4.174 x (80-10)=10550 kJ/s水蒸气流速(kgQ 10550 10005.212125.4 1000/s=m/ p= 2.16m“3/s2、平均传热温差 ( t1 - t2) tm ,1 =Z t1 t2=(137.7-67.7)/In (137.7/67.7)式中： t1147.7

6、 10 137.7 C , t?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/（川c ）左右，先取 K值为1100W/（川）计算，则传热面积为由 Q = KA tm 得:QiKim10550 100098.59 110097.3 ( m2)考虑安全系数 5%-15% 取 10% 贝S A=97.3x (100+10) %107 (m)（二）工艺结构尺寸1、管程数和传

7、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 1000990.0131.3 （斥 h-1）131.3/36000.785 0.0252 1.5按单程管计算，所需的单程传热管长度为：L= A0ndon1073.14 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，采用标准设计，现取传热管长l=4.5m，则该换热器的管程数为:NP=-1773.94l 4.5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

8、管心距 t=1.25d0，贝卩 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二"2+6=32/2+6=22 m(3) 各程相邻管的管心距为44 mm。3、壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n =0.7，贝S壳体内径为:D=1.05t Nt/1.05 32 308/0.7 681mm可取 D=700mm4、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

9、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，贝y接d14V管内径为 ？?4 521/2.41520.262m mm3.14 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d24 130000(3600 990.0)136.3 mm3.14 2.5圆整到标准尺寸为165 x 4.5mm(3)冷凝口出口管径：取管内流速 u = 2.0m/s圆整到标准尺寸为60 x 3.5mm（4）不凝性气体出口管径自取76x 3mm6、管板及外壳壁厚度-do - 0.02518.75mm（1） 管板

10、厚度44（2） 外壳壁厚度自取 14mm7、外壳直径及长度（1 ）外壳直径D=700mm（2）外壳长度L l R h 2 =4500+700+350+X 14=5578mm&容器法兰查阅相关资料，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 (DN700 mm管尺寸 25X 2.5 mm管程数N4管长14.5 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S0.0253 m2传热面积A111.2 m2

11、对照上表可做以下核算: 每程的管数ni=总管数n/管程数2=322/4=80.5,管程流动面积S =（n /4）（ 0.02）2X 80.5=0.0253m2,与查得的 0.0253m2很好符合；2 传热面积 A=n d0ln=3.14 X 0.025 X 4.5 X 80.5=113.8 m，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=111.2m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Pr纟匸3.91i=7234.9 W/m2?k2）壳程给热系数经计算 o=7951.4W/m2?k3）

12、传热系数KeRoRd。didoidido b)2=1109.5 w/m k4）所需传热面积Ke tm105500001109.5 98.59296.5m面积裕度为 H Ap Ac 111.2 96.5 15.2%A96.5传热面积裕度在10%-253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

13、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【Ml .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【 Ml . 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【Ml . 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

14、计算结果换热器型式：固定管板式换热器面积(m2)：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/ c10/80147.7/147.7流量/kg h体密度/kg m 3990.02.4152流速/m s1.535.27对流传热系数/w k-17234.97951.4污垢系数/ mk W0.00040.000052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 m-1 k-11109.5传热量/kw10550壳内径D(DN)700mm管尺寸C25X2.5mm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S/m20.0253管排列方式正三角形水蒸气接口管径/mm 273 X 8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 78 X 3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