化工原理课程设计 制糖厂糖汁加热固定管板式换热器

班级：黔化升121

《化工原理课程设计》

题目制糖厂糖汁加热

定管板式换热器

专业化学工程与工艺

学生

指导教师

2012年8月16日

目录

一、设计条件...........................................................3

二、确定定性参数.......................................................3

三、估算传热面积...........................4

1热流量...........................................................4

2.平均传热温差...................................................4

3.传热面积........................................................5

4.蒸汽用量.............................・・・5

四、工艺结构尺寸......................................................5

1.管程...........................................................5

2.壳体...........................................................6

3.封头...........................................................7

4折流板..........................................................7

5.管板...........................................................7

6.拉杆及挡板....................................................8

7.接管...........................................................8

8.鞍座选用及安装位置确定........................................8

五、换热器核算...................................................................9

1.壳程流体传热系数...............................................9

2.管程流体传热系数...............................................9

3.污垢热阻和管壁热阻..................-10

4.传热系数.......................................................11

5.传热面积裕度—......................11

六、换热器主要结构尺寸和计算结果.....................................11

七、参考文献..........................................................13

—设计条件

每小时的糖汁从。（：加热至糖汁的浓度为

166900kg90120℃o16%,

定压热容为3.77kJ/kg-℃;

2加热蒸汽用漏炉房送出的饱和蒸汽,其压力为P=4.5kgf/cm2;

3歹I」管用①33x1.5的碳钢管，长3m,有效长2.93m;

4设计压力：4.5kgf/cm，

5流程安排：从两物体看，饱和水蒸汽通入壳程，便于排出冷凝水；糖

汁入管程，便于提高流速,增大传热膜系数；

二确定定性参数

饱和水蒸汽的压力为4.5kgf/cm2时查知其温度为147℃

1定性温度

取进出口温度的平均值

饱和蒸汽：7=(147+147)/2=147℃

糖汁：t=(90+120)/2=105℃

2由定性温度得：

1471期口水蒸汽：

汽化潜热：Lv=2125kJ/kg

密度：p=2.415kg/m3

105℃浓度为16%糖汁：

密度:p=10.66kg/m3

比热容：C=3.77kJ/kg・℃

粘度：u=1.5x10-3Pa-S

热导率：A=0.53W/(m-K)

三估算传热面积

1热流量

<P=qmCpAt

=66900x3.77x(120-90)

=7.566xl06kJ/h=2102KW

2平均传热温差

TI=T2=147℃ti=90℃t2=120℃

△ti=Ti-ti=147-90=57℃

℃

At2=T2-t2=147-120=27

57-27℃

Atm=^-^40

In—

27

3传热面积

由于糖汁粘度，根据经验数据，传热系数K取500W/m2・k

则传热面积：(2102000

A=P/k-Atm==105.1m2

500x40

4蒸汽用量：

考虑到热损失，则Q2=1.05QI

1.05x756600().

v=(P/Lv=-------------------=3756kg/h/u

2115»

四工艺尺寸结构

1管程

(1)管子数

n:选①33x1.5的碳钢管，管长3m

Sc=nnd均Ln

105.1

n==362.656*363(根)

3.14x0.0315x2.93

(2)管程数

因为传热管为3m,按经验符合要求，所以则可用2程,

每程182根，则所需管数为364根。

(3)管子排列

采用正三角形排列

取管心距1=1.25由则

t=1.25x33=41.25«42(mm)

2壳体

(1)内径

采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率0=0.75,

则壳体内径为：

D=1.05t^7=1.05x42x=970mm

取壳体内径D=1000mm.

(2)壁厚

材料选用Q235,计算壁厚为

取式中P设计压力，取P=1.6MPa

D=1000mm

梃0.7

[o]=113MPa

C=£^£d；=o.31mm

4

1.6x1000,rccIC

dc=--------------+0n.31=10.53«12mm

2x113x0.7-1.6

3封头壁厚

旌近5

1.6x1000

+031

2x113x0.7-0.5x1.6

=10.48812mm

则上下封头均选用标准椭圆形封头根据JB/T4746—2002标准,

封头为DN1000xl2,曲面高度历二250mm,直边高度h2=40

mm,材料选用20钢。

4折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切

去的圆缺高度为

h=0.25xl000=250mm.

取折流板间距B=0.3D,厚度12mm贝I」

B=0.3xl000=300mm

折流板外径D=DN—12=988mm

折流板数NB：

NB二折流板间距一1二(五一1二9块

5管板

选用固定式换热器管板，由固定式管板尺寸表查得管板厚度为

56mm,bi=47mm.

固定管板外径：D。=Dj-2bl=10(X)-2x47=906mm

6拉杆及挡板：

根据换热器拉杆选择标准，本换热器壳体内径D=10000,可选用

拉杆直径16，拉杆数6个。

壳程入口处，应设置防冲挡板。

7接管

管程流体进出口接管，取管内糖汁的流速vi=1.0m/s,则

接管内径：

4x66900x0.16

Di=3600x10.66=血石=0.599m

3.14

圆整后可取管内径为600mm.

壳程流体进出口接管，取接管内流体流速V2=10m/s

—I4x3756

)

D2=J—=J3600x2.415=Vox55=0.2345m

YmV3.14x10

圆整后可取管内径为235mm.

8鞍座选用及安装位置确定：

鞍座选用JB/T4712-92鞍座BI1400-F/S;

安装尺寸如《化工单元过程及设备课程设计》(化学工业出版社出版):

图4-44所示

其中：L=3000,LB=0.5L=0.5x3(X)0=1500mm

取：L=1500mm,Lc«Lc=750mm

五换热器核算

1壳程流体传热系数

设换热器管外壁温tw=140℃,则冷凝液膜的平均温度：

(tw+ts)/2=(147℃+140℃)/2=143.5℃.

膜温在143.5°C下的物性参数：

Po=925kg/m3

=1.9x10-5pa・s

2=0.684w/m.k

c=l.l(Nt)0.5=l.lx(24)x0.5=5.3889

4=().725(婴贮户

〃&)皿

二11.146x103W/(m2-K)

2管程流体传热系数：

%=0.0238Re°8Pr°4

d,

管程流体流通截面积：

S=-nd2=0.785x364x0.032=0.2572m2

14

管程流体流速：

口二66900/(3600x10.66)=67g

,0.2572•

雷诺数：

Rc._0.03x6.78x10.66,11/15

11.5y10-3

普朗特数：

3.77X103XI.5X10-3仃/

PNn=------------------------=10.67

0.53

=0.023x—x1445°8x10.67Q4=353.5W/(m2-K)

'0.03

3污垢热阻和管壁热阻：

经查得

管内侧污垢热阻Ri=1.72xl0-4m2℃/w

管壁热阻查得碳钢在该条件下的热导率为45w/(m-K)0

所以&=°。°:72=3.82x106m24/卬

45

4传热系数K,有:

y(4)»R〃oR/o+1

Kc=/+=295W/(m2・K)

5传热面积裕度：

计算传热面积Ac:

①_21020002

Ac=-295x40=178.14m

该换热器的实际传热面积为4：

Ap=^/ln=3.14x0.033x3x364=113.15m2

该换热器的面积裕度为：

H=A4_178.14-113-15_5744％

4，113.15

传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

六换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：

参数管程壳程

流率/(kg/h)669003756

ifi/出口温度/℃90/120147

压力/Pa2.37xlO44.5x10s

物

性定性温度/℃105147

密度/(kg/m3)10.662.415

定压比热容/[kJ/（kg水）]3.77

粘度/(Pa-s)1.5x10-3

热导率(W/m-K)0.53

普朗特数10.67

设

备形式固定管板式壳程数1

结

构壳体内径/mm1000台数1

参

数

管径/mm①33x1.5管心旦日加42

筒体壁厚12管板厚56

封头厚12折流板厚12

管程接管内径600拉杆直径16

壳程接管内径250拉杆