【2017年整理】列管式换热器设计(水蒸气加热水).doc

0 -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： 2016.05.30~06.04 - 1 -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 -目录- 2 -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 ①水蒸气：入口温度 147.7℃，出口温度 147.7℃ ②冷却介质：自来水，入口温度 10℃，出口温度 80℃ ③允许压强降：管程 10^4-10^5,壳程 10^3-10^4（4）设计项目 ①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。

②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积 ③换热器的主要结构尺寸设计 ④主要辅助设备选型 ⑤绘制换热器总装配图 - 3 -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 - 4 -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℃ 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 Φ25×2.5mm 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 水蒸汽入口温度/℃ 10出口温度/℃ 80定性温度/℃ 45 147.7密度/kg·m -3 990.0 2.4152黏度/Pa·s -1 0.000600 0.0000128定压比热容/kJ·kg -1·k-1 4.174热导率/Ｗ·m -1·k-1 0.6400 0.6835- 5 -汽化潜热/kJ·kg -1 2125.4- 6 -四、设计计算与说明（一）计算总传热系数1、 热 流 量=130/3600×1000×4.174×(80-10)=10550 kJ/sTmCp1Q水 蒸 气 流 速(kg/s)2.5104.25QiVs=m/ρ=2.16m^3/s2、 平 均 传 热 温 差=(137.7-67.7)/㏑ (137.7/67.7)2△1m,△t)t-(=t1式 中 ： ℃ , ℃.07.41t .80.42t求 得 △ tm,1=98.59℃3、 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/(㎡ ·℃ )左 右 ， 先 取 K 值 为 1100W/(㎡ ·℃ )计 算 ,则 传热 面 积 为 :由 得 : tKA=Qm△(㎡ )mtKQ10 3.97105.98考虑安全系数 5%-15%，取 10%，则 A=97.3×(100+10）%≈107（㎡ ）- 7 -（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（m 3·h-1）.10.93smVn= 75.2.785.6/421 udi按单程管计算，所需的单程传热管长度为 ：L= mndAo 7.1025.143 π0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= 49.3571lL传热管总根数： N t=77×4=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，则 t=1.25×25=31.25≈32㎜隔板中心到离其最近一排管中心距离计算：- 8 -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 η=0.7 ，则壳体内径为：D=1.05t mNt 6817.0/3205.1/ 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=0.25×700=175m故可取 H=200mm2）折流板间不小于 0.2D,不大于 D,取折流板间距 h=350mm3）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 mmm26.041.352/u4d1 V圆整到标准尺寸为 Φ273×8mm2）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 - 9 -mm3.615.21430.96/0d2 ）（圆整到标准尺寸为 Φ165×4.5mm3）冷凝口出口管径：取管内流速 u＝2.0m/sm058..21435/9d圆整到标准尺寸为 Φ60×3.5mm。

4）不凝性气体出口管径 自取 76×3mm6、管板及外壳壁厚度（1）管板厚度 md75.1802.430（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+2×14=5578mm2hRlL8、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- 10 -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 Φ25×2.5 mm管程数 N 4 管长 l 4.5 m管数 n 322 管排列方式 正三角形排列中心排管数 nc 21 管心距 32 mm管程流通面积Si0.0253 m2 传热面积 A 111.2 m2对照上表可做以下核算：①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=（π/4）（0.02） 2×80.5=0.0253m2，与查得的 0.0253m2很好符合；②传热面积 A=πd 0ln=3.14×0.025×4.5×80.5=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；③中心排管数 nc，查得的 nc=21 正合适三）换热器核算- 11 -1、热流量核算1）管程给热系属 o4950160..52Re3iiud普朗特数 91.3Pripc 4.08.04.08. 913452.3re02. iid=7234.9 kmW/2）壳程给热系数 经计算 =7951.4o23）传热系数 )b1( wddRKoiioe )025.74.25.1973425.104.52.047951( =1109.5 w/m2·k4)所需传热面积 21 5.69.850mtKQAmec 面积裕度为 %.1.962cpH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次的了解.- 12 -（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,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。