南京工业大学食品与轻工学院学院《食品机械基础课程设计》设计

南京工业大学食品与轻工学院学院食品机械基础课程设计设计题目列管式换热器专业名称食品科学与工程设计小组食品1001班19,24,25号指导教师仲兆祥设计日期：2013年11月1日至2013年11月14日目录1、前言12、正文2.2、2.1题目：设计一列管式换热器2.2前言：在油化工生产过程中，常常需要将各种油产品（如汽油、煤油、柴油等）进行冷却，本设计以某炼油厂冷却油产品为例，让学生熟悉列管式换热器的设计过程。其目的是通过对油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。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。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。2.3设计论述本设计任务是利用冷流体（水）给油降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。下图（图1）是工业生产中用到的列管式换热器.图选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洗,复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在周压、局温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。2.4讨论分析2.4.1设计任务与条件1、设计任务处理能力：5000Kg/小时设备型式：固定管板式换热器2、操作条件(1) 煤油：入口温度120C出口温度60C(2) 冷却介质：循环水入口温度20C出口温度50C(3) 操作压强：煤油：0.3MPa循环水：0.4MPa该交换器为煤油一水换热器，估计热交换器的管壁温度和壳体温度之差不是较大,因此初步确定选用带有膨胀节”的固定管板式热交换器。由丁煤油粘度大并且泄露后危险性大，再者水的体积小，所以煤油走壳程，水走管程。2.4.3确定物性数据120+60r=oo&c煤油的定性温度煤油密度p微774kg/m3定压比热容CpO=2.33kJ/kgC热导率入农0.138W/mC粘度卜件0.604mPa.s水的定性温度水的密度p手994.03kg/m3定压比热容Cpi=4.183kJ/kgC热导率入手0.626W/mC粘度U=0.722mPa.s2.4.4计算总传热系数（1）热流量ft=hAT=5000x233x（120-601=699000.kj/h=194.16kw（2）平均传热温差120-50Af_(120TOA(6。-20)InInAL卸20(3)冷却水用量町=5570(kg/h(4)计算传热数据求传热面积需要先知道K值，根据资料查得煤油和水之间的传热系数在350W/(W.c左右。由Q=KAtm得Qd194160=10.35350N3.6(m22.4.5工艺结构尺寸(1)管径和管内流速及管长选用巾25X2.5热管(碳钢，取管内流速ui=0.5m/s,选用管长为3m(2).管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数V5570/(3600x994.O3)JT.20.785x0.02,OSNs=10按单程管计算，所需的传热管长度为1035=h13.12/nL=J1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，采用非标设计，现取传热管长l=5m,则该换热器的管程数为L邸=z.oaJNp=传热管总根数Nt=10*3=30(3)平均传热温差校正及壳程数)20-60=2R=50-20=0,5P=按单壳程，双管程结构得:平均传热温差：dAf=0r88x53.6=47J7C1JilEliT由丁平均传热温差校正系数大丁0.8,同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。(4) .传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.25d0,WJt=1.25X25=31.2532mm隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式计算S=t/2+6=32/2+6=22mm各程相邻管的管心距为44mm0(5) .壳体内径采用多管程结构，取管板利用率7=0.75,则壳体内径为:D=1.05t按卷制壳体的进级档，可取D=250mm(6).折流板采用弓形折流板，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=0.25X250=65.5mm,故可取h=65mm取折流板间距B=0.3D，贝UB=0.3x250=75mm可取B为75mm折流板数目NB=城腺旎传热管长5。、*662752.4.6换热器核算(1)热流量核算1.1壳程表面传热系数用克恩法计算得八lD*11nI/1Cf-H41。=036RePr()V3丁i0.02m当量直径：=壳程流通截面积:d25、尸形邯小现一)顼崛f32壳程流体流速及其雷诺数分别为:mIu,3600xp.-0.44m/s3你)x774x0.0041Rc0.02x0.44x774=H276.80,604x103普朗特数Pr：2.33x0.604x10Pr=10.10.138粘度校正：iP寸一I()*壳程表面传热系数0IIXa=0.36、x11276N”x0.0101Zi=909JiWmK0.02(2管内表面传热系数:a.=O.O23ReaBftMdl管程流体流通截面积:S-d：N=0.875x0.022xW=0.0035/n:4*管程流体流速:5570u=0.380e!s3600x994.03x0.0041叩豚意0,02m038x994.03Re=不二:=104630.722x10-普朗特数:n54J83xlO0.722xIO-5Pr=4.24X0.626a=0.023x竺h10463wx4.82“=2219.3叫m0.02(3污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻1管壁热阻按碳钢在该条件下的热导率为50w/(mK。0.0025诳六5心所以:=0,00005kfw50k(4传热系数r*+X+0.0006x250.0()005x25+20*348.5w!nfK20+0.0004+909.1(5传热面积裕度计算传热面积Ac10.39”QIQ4160/L-=函_348.M53.6该换热器的实际传热面积为Ap4M奶.340.025x5x30=lL775m2该换热器的面积裕度为:4-A1177、-1039/=一-=13.3%4.1039传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。(6)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（Itf）:49.7工艺参数名称壳程物料名称循环水油操作压力，MPa0.10.03操作温度，C15/2860/160流量，kg/h6877717000流体密度，kg/997.7780流速，m/s1.530.17传热量，kw1038.8总传热系数，w/m2k317.5对流传热系数，w/m2k5240494阻力将，Pa6523012841程数41使用材料碳钢碳钢管子规格官数144管长，mm4500管问距，mm32排列方式正三角形折流挡板型式上下间距，mm200切口高度25%壳体内径，mm500保温层厚度，mm项目数据项目数据壳径D(DN500mm管尺寸C25mmX2管程数Np(N)4管长l4.5m(L)菅数n144管排列方正三角形排式列中心排菅数nc13管心距32mm管程流通面积S0.0125m传热面积49.7m结束语化工原理课程设计是培养个人综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，也起着培养学生独立工作能力的重要作用。在换热器的设计过程中，我感觉我的理论运用丁实际的能力得到了提升，主要有以下几点：(1掌握了查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集的能力；(2树立了既考虑技术上的先进性与可行性，乂考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；(3培养了迅速准确的进行工程计算的能力；(4学会了用简洁的文字，活晰的图表来表达自己设计思想的能力。从设计结果可看出，若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为煤油的出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和K.因此，换热器尺寸增大，金届材料消耗量相应增大.通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要.