食品工程原理课程设计

食品工程原理课程设计---列管式换热器的设计贾友苏主讲2009-05-222目的通过课程设计培养学生的工程观念，使学生初步掌握食品工程中常用设备---列管式换热器和中央循环管式蒸发器的工艺设计内容和程序，熟悉有关国家标准及设计规范。要求1完成工艺设计计算2提供设备小样图（每人1号图纸一张）2009-05-223化工设备的制图特点„图面内容：„1视图表示设备的主要结构形状和零部件之间的装配连接关系，按照国家标准《机械制图》的要求绘制。„2尺寸图上注明必要的尺寸，表示设备的总体大小、规格、安装等尺寸数据。„3管口符号和管口表设备上所有管口均注明符号（主视图上从左下角起按照英语字母顺序顺时针旋转编号），管口表中列出有关数据和用途等内容。2009-05-224„4技术特性表用表格形式列出设备的主要工艺特性，如操作压强、温度、物料名称、换热面积等内容。„5标题栏填写设备名称、作图比例、设计制图审核人员签字、设计单位、设计时间等内容。2009-05-225总体布局主视图俯视图技术特性表管口表标题栏俯视图主视图标题栏管口表技术特性表横置竖置2009-05-226技术特性表名称管程壳程工作压力工作温度物料名称材料规格换热面积2009-05-227管口表符号尺寸连接面型式名称凸面螺纹abcefh温度计接口压力表接口2009-05-228布管图正三角形排列2009-05-229布管图正方形排列2009-05-2210„筒体与封头„化工设备的壳体主要由筒体和封头两部分组成，其中筒体以圆柱形居多，一般由钢板卷制而成。直径小于400以下的筒体常采用无缝钢管制成，封头以椭圆形回转体最为常见，标准封头的尺寸为h=1/4D。2009-05-2211标准椭圆封头2009-05-2212„尺寸相差悬殊„设备总体尺寸与局部结构尺寸相差悬殊，往往需要夸大表示，否则不能兼顾。例如，设备总高为若干米，而筒体壁厚只有几个毫米，接管直径只有几十个毫米等。这时就要用夸大的方法，即不按比例，适当夸大地画出厚度，以两条线能够区分为原则，一般采用线条间距1.5mm。设备高度不能完全画出时，可以在内部结构无变化处把设备截断，截断线用双点划线。2009-05-2213实线点划线，用于中心线双点划线，用于截断线虚线，用于绘制被其它物体遮住的部分线条及应用„采用多次旋转法„根据工艺需要，在设备的筒体和封头的各种位置上开有较多的管口，为了在主视图上清晰地表达它们的安装关系和安装尺寸，避免互相遮挡，必须采用多次旋转的方法，即在主视图上把所有的管口都旋转到筒体两侧，显示管口安装的真实高度和伸出长度，而在俯视图上显示管口的真实方位。2009-05-22151流径选择；2求取总传热系数K；3根据已知工艺条件作热量衡算，求取热负荷量Φ；4求出列管式换热器的对数平均温差△tm；5确定完成该任务所需要的传热面积；6估算管子规格及根数；7估算壳体直径；8计算冷、热流体用量（质量流量）qm，估算进出口直径；列管式换热器的设计步骤2009-05-22169确定布管方式（正方形排列、三角形排列、同心圆排列）10绘制工艺小样图，内容包括：a设备总体尺寸（直径，高度，管口安装尺寸）b布管图c方位图（包括冷热流体进出口,放净口,仪表接口,支座）11出具工艺设计说明书，根据工艺小样图确定真实换热面积。2009-05-2217设计规则1流体流径的选择1.1不洁净流体和易结垢流体宜走管内，因为管内清洗比较方便；1.2腐蚀性流体宜走管内,以免管子和壳体同时受腐；1.3压强高的流体宜走管内,以免壳体受压,可节省壳程金属消耗量；1.4饱和蒸汽走管间,便于冷凝液及时排除,且蒸汽比较洁净,对清洗无要求；1.5有毒流体宜走管内，使泄漏机会减少；1.6被冷却流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作,以增强冷却效果；2009-05-22181.7粘度大、流量小的流体宜走管间，因流体在有折流板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re下（Re100）即可达到湍流，以提高对流传热系数；1.8若两流体的温差较大,对流传热系数大的走管间,因壁面温度与α大的流体温度相近,可减小热应力。在选择流体流径时,上述各点常不能兼顾,应视具体情况抓主要矛盾。2009-05-22192管子的规格和排列方法2.1易结垢、粘度较大的液体宜采用较大管径。我国目前使用的列管式换热器系列标准中推荐Ø25X2.5和Ø19X2两种规格的管子。2.2管长的选择是以清洗方便和合理利用管材为原则。长管不易清洗，一般出厂的标准管长为6米，合理的换热管长应为1.5、2、3、4.5和6米。此外管长和壳径应相适应，一般取L/D为4∽8（小直径换热器可取大些）。2009-05-22202.3管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形和同心圆等。等边三角形排列的优点有：管板强度高，流体走短路的机会少，管外流体扰动大，因而对流传热系数高，相同壳程内可排列更多管子。正方形排列的优点是：列管外壁便于清洗，适用于壳程流体易产生污垢的场合。2009-05-2221总管数正方形排列）三角形排列）一般取离最外管到壳体内壁的距中心线上的管子数，间距为对于钢管，间距为管间距，对于钢管外−−==−−−−−−+−=nnbnbdbbtbtbD(19.1(1.11.5,'251932,25'2)1(φφ3壳体直径的计算2009-05-2222„然后圆整至)(2200~1000,900,800,700,600,500,400)(,8325钢板卷制无缝管×φ2009-05-22234主要附件封头，排气口，放净口，接管,支座，仪表接口封头用标准封头，排气口和放净口用φ32x3.5，压力表接口用φ32x3.5，温度计接口用M27x1。支座见下图：2009-05-2224右图为悬挂式支座，一般装在设备总高的靠上约1/3处（以支座底板为准）温度计接口2009-05-2226放净口和排气口的安装h1/2di2009-05-2227设计一台单壳程单管程立式列管式换热器，用压强为0.5MPa的饱和蒸汽冷凝以加热食用植物油，要求达到处理量为4500kg/h，油的进出口温度分别为40℃和120℃。题目2009-05-2228已知油品的物理性质为：平均比热容cp=1.8kJ/kgK,粘度μ=7mPa•s,平均密度ρ=850kg/m3,取表面传热系数α=260w/m2K,并测得壁温为145.2℃,污垢热阻为5.159Χ10-4m2℃/W。水蒸气的污垢热阻取8.598Χ10-5m2℃/W。2009-05-2229[1]化工原理天津大学出版社1999年8月版[2]食品工程原理中国轻工业出版社1998年12月版[3]化工工艺设计手册化学工业出版社1996年2月版[4]基础化学工程上海科学技术出版社1978年1月版[5]钢制列管式固定管板换热器结构设计手册化学工业部设备设计技术中心站1985年5月版[6]GB151-1999管壳式换热器国家标准出版社[7]化工原理课程设计天津大学出版社2002年8月版参考书目