食品工程原理课程设计(换热器设计)

食品工程原理课程设计说明书米糠油冷却用列管式换热器的设计姓名：马坦学号：201111010704班级：食工11072013年12月13日1目录一、设计依据及指导思想----------------------------------------------------------3二、主要参数说明-------------------------------------------------------------------3三、设计计算-------------------------------------------------------------------------51、确定设计方案------------------------------------------------------------------52、确定物性数据------------------------------------------------------------------53、计算总传热系数---------------------------------------------------------------64、计算传热面积------------------------------------------------------------------75、工艺结构尺寸------------------------------------------------------------------76、换热器核算---------------------------------------------------------------------91）热量核算--------------------------------------------------------------------92）换热器内流体的流动阻力-----------------------------------------------113）换热器主要结构尺寸和计算结果总表-------------------------------137、离心泵的选择------------------------------------------------------------------13四、设计结果--------------------------------------------------------------------------16五、参考文献--------------------------------------------------------------------------162一、设计依据及指导思想换热器广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业。在食品工业中的加热、冷却、蒸发和干燥的单元操作中，我们也经常见到换热器应用于食品物料的加热或冷却。在众多类型的换热器结构中，管壳式换热器应用最为广泛，因此要根据特定的工艺要求设计合理的换热器，以满足不通场所的需求。选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洁，符合实际需要等原则。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，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。在众多类型的换热器中，浮头式换热器应用较为广泛。它的结构简单，其优点有介质间温差不受限制，可在高温，高压下工作，可用于结垢比较严重的场合，可用于管程易腐蚀场合，尤其是其内管束可以抽出，以方便清洗管及壳程，管束在使用过程中由温差膨胀而不受壳体约束，不会产生温差压力，所以，首选浮头式换热器。3二、主要参数说明B——折流板间距，m；C——系数，无量纲；d——管径，m；D——换热器外壳内径，m；f——摩擦系数；F——系数；h——圆缺高度，m；K——总传热系数，W/(m2·℃)；L——管长，m；m——程数；n——指数；N——管数；NB——折流板数；Nu——怒赛尔特准数；P——压力，Pa；Pr——普兰特准数q——热通量，W/m2；Q——传热速率，W；r——半径，m；R——热阻，2/;mCWRe——雷诺数；S——传热面积，m2；t——冷流体温度，℃；T——热流体温度，℃；u——流速，m/ｓ；W——质量流量，kg/s；a——对流传热系数，2/()wmCΔ——有限差值；λ——导热系数，/()wmC；μ——粘度，Pa.s；ρ——密度，kg/m3；φ——校正系数；下标c——冷流体；h——热流体；i——管内；m——平均；o——管外；s——污垢.4三、设计计算1.确定设计方案工艺要求：某油厂用井水将从反应器出来的米糠油从135℃冷却到45℃，井水进、出口温度分别为10℃和30℃，米糠油的流量为【学生学号最后两位数×100+3400】kg/h,若要求换热器的管程和壳程压强降均不大于30kPa，试选择合适型号的列管式换热器。（1）选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度135℃，出口温度45℃，冷流体(循环水)进口温度10℃，出口温度30℃。浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体，这样为检修，清洗提供了方便。（2）流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取iu=0.8m/ｓ。2．确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值。壳程米糠油的定性温度为T=135452=90(℃)管程冷却水的定性温度为t=10302=20(℃)根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。米糠油在90℃下的有关物性数据如下：密度0=952kg/m3定压比热容0pc=2.261kJ/(kg·℃)导热系数0=0.176W/(m·℃)粘度0=0.744Pa·s循环冷却水在20℃下的物性数据：5密度i=998.2kg/m3定压比热容ipc=4.183kJ/(kg·k)导热系数i=0.5985W/(m·k)粘度i=0.0010042Pa·s3．计算总传热系数（1）热流量Qo=WocpoΔto=3800/3600×2.261×(135-45)=214.80(kW)（2）平均传热温差'1212(13530)(4510)13530lnln4510mttttt63.72（℃（3）冷却水用量0214.8036009243.134.183(3010)iipiQwct(kg/h)（4）总传热系数K管程传热系数0.40.80.020.8998.215904.40.00100420.023iiiieipiiiiiiiiiduRcdud0.430.80.59854.183100.00100420.02315904.43447.250.020.5985W/(m2·℃)壳程传热系数假设壳程的传热系数0=400W/(m2·℃)；污垢热阻isR=0.000172m2·℃/W,0sR=0.000516m2·℃/W管壁的导热系数λ=45.4W/(m·℃)60000021110.0250.0250.00250.02510.0001720.0005163447.250.0200.02045.40.0225400273.61/()sisiiimKddbdRRdddWm℃4．计算传热面积3''2214.801012.32()273.6163.72mQsmKt考虑15％的面积裕度.S=1.15×S′=1.15×12.32=16.17(m2)。5．工艺结构尺寸（1）管径和管内流速选用ф25×2.5传热管（碳钢），取管内流速ui=0.8m/s（2）管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数7229243.13/(998.23600)120.7850.020.84siiVndu（根）按单程管计算，所需的传热管长度为016.1717.17()3.140.02512sSLmdn按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m，则该换热器管程数为17.17=2.866PLNl取管程为4传热管总根数N=12×4=48(根)（3）平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数135453401040100.2413510RP按单壳程，双管程结构，温差校正系数应查有关图表，可得φΔt=0.835平均传热温差Δtm=φΔtΔ′tm=0.801×63.72=51.04(℃)由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流量较大，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=1.250d，则t=1.25×25≈32(mm)各程相邻管的管心距为44m横过管束中心线的管数1.11.1488cnN(根)（5）壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η＝0.71，则壳体内径为1.05/1.053248/0.71276.27()DtNmm圆整可取400mm（6）折流板8采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的20％，则切去的圆缺高度为h＝0.20×400＝80(mm)，故可取h＝80mm。取折流板间距B＝0.3D，则B＝0.3×400＝120(mm)则可取B为150折流板数BN=传热管长/折流板间距-1=6000/150-1=39(块)折流板圆缺面水平装配。（7）接管壳程流体进出口接管：取接管内油品流速为u＝1.5m/s，则接管内径为443800/(3600952)0.031()3.141.5Vdmu取标准管径为50mm。管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u＝1.1m/s，则接管内径为/49243.13/(3600998.2)0.055()3.141.14iWdmu6．换热器核算（1）热量核算①壳程对流传热系数对圆缺形折流板，可采用公式0.140.5071/300.36erewRPd当量直径，由正三角形排列得22220033440.0320.02524240.020()3.140.025etddmd壳程流通截面积2000.025(1)0.150.40(1)0.013()0.032dSBDmt壳程流体流速及其雷诺数分别为00000000/3800/(3600952)0.08529(/)0.0130.020.08529952Re2182.690.000744mqumsSdu9普兰特准数00022610.0007449.560.176prcP粘度校正0.141w0.5071/3200.1760.362182.699.56331.49/0.020WmC②管程对流传热系数0.80.40.023RePriiid管程流通截面积2220/0.7850.0248/40.003768()4ipSdNNm管程流体流速/10669.620.78799(/)3600998.20.0037680.020.78799998.2Re15665.640.0010042iiiiiiiiWumsSdu普兰特准数34.183100.0010042Pr7.020.5985piiiiC0.80.420.59850.02315665.647.023406.08/0.02iWmK③传热系数K000