食品工程原理列管式换热器设计说明书
牛奶列管式换热器
题目牛奶冷却列管式换热器的设计姓名汪思凡学号专业食品科学与工程班级1101班指导教师郑妍职称助教二〇一四年六月目录摘要 (I)1食品工程原理综合实习任务书 (1)1.1设计题目 (1)1.2设计条件 (1)1.3要求 (1)1.4主要参考资料 (1)2选择方案的确定 (2)2.1选择换热器的类型 (2)2.2流动空间及流速的确定 (2)3确定物性参数 (2)4计算总传热系数 (2)4.1热流量 (2)4.2平均传热系数 (2)4.3冷却牛奶用量 (2)4.4冷却冷盐水用量 (2)4.5总传热系数k (3)335计算传热面积 (3)6工艺结构尺寸 (3)6.1管径和管内流速 (3)6.2管程数和传热管数 (3)6.3平均传热温差校正及壳程数 (4)6.4传热管排列和分程方法 (4)6.5壳体内径 (4)6.6折流挡板 (4)6.7接管 (5)7换热器核算 (5)7.1热量核算 (5)56667.2换热器内流体的流动阻力 (6)678设计结果 (8)9设计心得 (9)参考文献 (9)附录 (10)摘要此次设计的牛奶冷却列管式换热器是以牛奶为热流体，稀盐水为冷流体，设计流量为14600kg/h，我选用的是固定管板式换热器，其适用于冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，我设计的方案是由牛奶走管程，冷盐水走壳程，因为牛奶较易结垢，为了便于清洗，所以选择了牛奶走管程。
关键词热流体；固定管板式换热器；管程1食品工程原理综合实习任务书1.1设计题目牛奶冷却列管式换热器的设计1.2设计条件在灭菌后牛奶的冷却过程中，牛奶由70℃降至25℃，牛奶流量为14600kg/h，压力为0.6MPa。
冷却介质采用稀盐水（冷盐水的相关特性数据可参考水的物性数据）。
盐水进口温度为10℃，出口温度为20℃。
1.3要求1．设计一台列管式换热器完成各自生产任务；2．提交设计计算说明书一份，（应包括目录、设计计算任务书、设计方案的确定、确定物性参数、计算总传热系数、计算传热面积、确定工艺结构尺寸、换热器核算、参考文献资料等。
列管式换热器设计说明书
摘要：列管式换热器属于间壁式换热器，冷热流体通过换热管壁进行热量的交换。
参照任务书的任务量,需设计年冷却15000吨乙醇的列管式换热器，设计时先确定流体流程，壳程走乙醇，其进、出口温度都为80℃，相变放出潜热，井水走管程冷却乙醇，进口温度为32℃，出口温度为40℃。
再进行热量衡算、传热系数校核，初选冷凝器的型号，然后通过进行设备强度校核等一系列的计算和选型，最终确定的设计方案为固定管板式换热器，所选用型号为BEM400-2.5-30-9/25-2 Ⅰ，换热器壳径为400mm，总换热面积为27.79m2,管程为2，管子总根数为60，管长6000 mm,管束为正三角排列，两端封头选取标准椭圆封头。
关键词：列管式换热器，乙醇，水，温度，固定管板式。
Abstract:The tube type heat exchanger is a dividing wall type heat exchanger, fluids with different temperatures exchange heat by means of tube wall’s heat transfer.According to the assignment, A tube type heat exchanger which has a process capacity of .⨯41510t/a is needed. The ethanol flow in the shell,the temperature in the entrance and exits is 80℃.The water which cool the ethanol flow in tubes, the inlet and outlet temperatures are 32℃and 40℃.Then by taking series calculating to confirm the module of the heat exchanger . After the design of intensity designing and a series calculating and choosing , the last result of our design is the fasten-board heat exchanger. The style of the heat exchangeis9BEM400 2.530 225Ⅰ----, and the diameter of the receiver is400mm ,The area of the heat exchange is 27.79 m2, The heat-exchanger in cludes two tube passes,one shell passes and 60 tubes.And the length of tubes is 6000mm . Tubes are ranked of the shape of triangle ，the envelops are oval-shaped.目录1前言 (3)2设计条件 (3)3设计方案的确定 (3)3.1设计原则 (3)3.2结构初选 (4)4列管式换热器的设计计算 (10)4.1列管式换热器型号的初选 (10)4.2核算总传热系数： (13)5列管式换热器的初步计算及选型 (15)5.1试算并初选换热器规格 (15)5.2设计校核 (19)6设备尺寸的确定及强度校核 (22)6.1计算圆筒厚度 (22)6.2封头设计 (23)6.3拉杆定距管尺寸 (24)6.4管板 (25)6.5容器法兰 (26)6.6接管与接管补强 (27)6.7管箱的计算 (33)6.8折流挡板 (33)6.9焊接方式 (34)6.10支座 (34)6.11辅助设备 (38)7设计结果概要 (39)8课程设计心得 (40)9参考文献 (42)1前言艰辛知人生，实践长才干。
列管式换热器设计说明书
食品科学与工程专业《化工原理课程设计》说明书题目名称列管式换热器设计说明书专业班级 10食品科学与工程1班2012 年 01 月 06 日目录1、设计方案 (2)1 .1 设计条件 (2)2、衡算 (2)2.1传热面积的计算： (3)2.1.1煤油用量 (3)2.1.2平均传热温差 (3)2.1.3热流量 (3)2.1.4初传热面积 (3)2.2确定换热管数目和管程数目 (3)2.2.1管层数和传热管数 (3)2.2.2平均传热温差及壳层数平均温差较正系数： (4)2.3传热管排列和分层方法 (4)2.3.1隔板中心到最近一排管中心距 (4)2.3.2壳体直径 (4)2.3.3折流板 (4)2.3.4接管 (4)2.4换热器核算 (5)2.4.1传热面积核算 (5)2.4.2壳程传膜系数 (5)2.4.3污垢热阻和管壁热阻 (6)2.4.4总传热系数K (6)2.4.5传热面积校核 (6)2.5换热器内压核算 (6)2.5.1管程阻力 (6)2.5.2壳程阻力 (7)3 附录及图纸 (7)4总结 (8)5参考文献 (8)6附图 (8)1、设计方案列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。
它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
本论文是工业生产煤油用冷却水冷却的换热器进行选择、及主要设备工作部件尺寸的设计。
1 .1 设计条件水入口温度10℃，出口温度60℃，流量20 m3/h；煤油入口温度170℃，出口温度50℃。
2、衡算管层的定性温度T=10/2+60/2=35℃；壳层的定性温度T=170/2+50/2=110℃。
查询煤油物理性质表[1]煤油在110℃下有关物理参数如下：密度ρ=825kg/m3；粘度μ=7.15×10-4Pa·s；比热容Cp=2.2kJ/(kg·℃)；导热系数λ=0.14W/(m·℃)。
查询饱和水的物理性质表[2]水在35℃有关的物理参数：密度ρ=994.2kg/m3；粘度μ=0.723×10-3Pa ·s ；比热容C p =4.174kJ/(kg ·℃)；导热系数λ=0.626W/(m ·℃)。
(完整word版)煤油换热器的设计讲解
错了，0.023
6.2 壳程对流换热系数
换热器中心附近管排中流体通截面积为
h—折流挡板间距，
t—管中心距，对 的管子，
由正三角形排列，得：
因为 在 范围内，故可由下式计算 。
液体被冷却
6.3 污垢热阻
经查表得：
6.4 总换热系数
管子材料选用Q345R低碳合金钢，取其导热系数
选用该换热器时，要求过程的总传热系数为 ，在传热任务所规定流动条件下，计算出 ，所选择的换热器的安全系数为：
图2浮头式换热器剖视图
Fig.2The cutaway view ofFloating head heat exchanger
8
浮头式换热器的工艺设计主要包括以下内容：
①根据具体换热任务和有关要求确定设计的设备类型，查找资料确定流动液体的物性参数；
②初步计算过程工艺参数，确定换热器的规格和结构尺寸；
[14]王元文,陈连. 管壳式换热器的优化设计[J]. 贵州化工,2005,01:27-28+31.
[15]王元文. 管壳式换热器的优化设计[J]. 广东化工,2005,03:43-44.
[16]张海峰,唐平. 一种浮头式管板换热器的设计[J]. 科技信息,2011,18:362-363.
[17]康丽媛. 折流杆换热器的设计[J]. 科技传播,2012,12:132+138.
3 设计方案简介
3.1 换热器类型
两流体温度变化情况：热流体（煤油）进口温度为160℃，出口温度45℃；冷流体（循环水）进口温度为20℃，出口温度为40℃。
壳程煤油的定性温度：
管程流体的定性温度：
两流体温差：
因为 ，所以选用浮头式换热器。
食品工程原理课程设计-
食品工程原理课程设计说明书列管式换热器的设计姓名：学号：班级：年月日目录一、设计任务和设计条件 (3)1、设计题目 (3)2、设计条件 (3)3、设计任务 (5)二、设计意义 (6)三、主要参数说明 (6)四、设计方案简介 (9)1、选择换热器的类型 (9)2、管程安排 (9)3、流向的选择 (9)4、确定物性系数据 (10)五、试算和初选换热器的规格 (10)1、热流量 (10)2、冷却水量 (11)3、计算两流体的平均温度差 (11)4、总传热系数 (11)六、工艺结构设计 (12)1、计算传热面积 (12)2、管径和管内流速 (12)3、管程数和传热管数 (12)4、平均传热温差校正及壳程数 (13)5、传热管排列和分程方法 (13)6、壳体内径 (14)7、折流板 (14)8、接管 (14)9、热量核算 (15)10、换热器主要结构尺寸和计算结果如下表： (19)七、参考文献 (21)八、浮头式换热器装配图 (21)一、设计任务和设计条件1、设计题目列管式换热器设计2、设计条件①设计内容②设计要求3、设计任务用循环水将牛奶冷却(1)根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积，压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接，折流板等。
(2)绘制列管式换热器的装配图。
(3)编写课程设计说明书。
二、设计意义换热器是各种工业部门最常见的通用热工设备，广泛应用于化工，能源，机械，交通，制冷，空调及航空航天等各个领域。
换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛使用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能的主要设备。
在食品工业中的加热，冷却，蒸发和干燥等的单元操作中，经常见到食品物料与加热或冷却介质间的热交换。
各种换热器的作用，工作原理，结构以及其中工作的流体类型，数量等差别很大，而换热器的工作性能的优劣直接影响着整个装置或系统综合性能的好坏，因此换热器的合理设计极其重要。
列管式换热器设计(水蒸气加热水)
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：学院班级：食品学院食科142班学号：：设计时间：2016.05.30~06.04目录一、换热器设计任务书 ............................................ 错误!未定义书签。
二、摘要 .................................................................... 错误!未定义书签。
三、初步选定换热器 ................................................ 错误!未定义书签。
四、设计计算 ............................................................ 错误!未定义书签。
五、收获 .................................................................... 错误!未定义书签。
六、参考文献 ............................................................ 错误!未定义书签。
附件一换热器主要结构尺寸和计算结果........ 错误!未定义书签。
附件二主要符号说明 ............................................................... - 15 -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。
列管式换热器设计说明
第一章列管式换热器的设计1.1概述列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。
列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。
目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。
例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。
1.2列管换热器型式的选择列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。
此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。
通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。
同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。
因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。
为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。
（2）浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。
这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。
其缺点为结构复杂，造价高。
（3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。
但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。
食品工程原理课程设计_列管式换热器的设计说明
目录1 食品工程原理课程设计任务书 (1)2 概述与设计方案的选择 (4)2.1 概述 (4)2.1.1 换热器 (4)2.1.2 换热器的选择 (4)2.1.3 流动空间的选择 (7)2.1.4 流速的确定 (7)2.1.5 材质的选择 (7)2.1.6 管程结构 (8)2.1.7 壳程结构 (9)2.2 设计方案简介 (10)2.2.1选择换热器的类型 (10)2.2.2 流体流动空间及流速的确定 (10)3 工艺及设备设计计算 (11)3.1 确定物性数据 (11)计算总传热系数 (12)3.1.1 热流量 (12)3.1.2平均传热温差 (12)3.1.3 冷却水用量 (12)3.1.4 总传热系数K (12)3.2传热面积的计算 (13)3.3工艺结构尺寸 (13)3.3.1 管径和管内流速 (13)3.3.2 管程数和传热管数 (13)3.3.3 平均传热温差校正及壳程数 (14)3.3.4 传热管排列和分程方法 (14)3.3.5壳体内径 (14)3.3.6 折流板数 (15)3.3.7 接管 (15)3.4 换热器核算 (15)3.4.1 热量核算 (15)3.4.2 换热器内流体的流动阻力 (17)4 设计结果汇总表 (19)5 讨论 (20)参考资料 (21)结束语 (22)附录（主要符号说明） (24)1 食品工程原理课程设计任务书1.1 设计题目年处理量为 7.4 万吨花生油换热器的设计；1.2 操作条件（1）花生油：入口温度110℃，出口温度40℃；（2）冷却介质：采用循环水，入口温度20℃，出口温度30℃；井水，入口压强0.3MPa 。
（3）每年按330天计，每天24小时连续生产。
（4）花生油定性温度下的物性数据：（5）允许压强降：不大于30kPa 。
（6）换热器热损失：以总传热量的5%计。
（7）油侧污垢热阻0.000176 m 2·K /W ，水侧污垢热阻0.00026 m 2·K /W.1.3 设计任务（1）设备型式：列管式换热器；（2）选择适宜的列管式换热器并进行核算；（3）绘制设备工艺条件图，并编写设计说明书。
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设计任务及操作条件
1．处理能力：8100kg/h糖液，糖液浓度范围%
2．设备形式：列管式换热器
3．操作条件
（4）糖液：入口温度℃，出口温度℃
（5）冷却介质：井水，入口温度℃，出口温度 ℃
（6）允许压强降：不大于100kPa
1、确定设计方案
选择换热器的类型
两流体温度变化情况，热流体进口温度63℃，出口温度41℃；冷流体进口温度15℃，出口温度25℃。该换热器用井水冷却糖液，考虑到清洗等各种因素，初步确定为固定管板式的列管式换热器。
△tm=φ△tm’=？
第四章
设计流程图
工艺流程图
设计结果一览表
名称
管程
壳程
物料名称
井水
糖液
进/出口温度/℃
流量/（Kg/h）
物性参数
定性温度/℃
密度/(kg/m3)
定压比热容/[kJ/(kg•℃)]
粘度/Pa•s
热导率/[W/(m·℃)]
雷诺数
普朗特数
设备结构参数
形式
固定管板列管换热器
管程数
壳程数
管径/mm
裕度
设有流量为mh的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力 。根据传热速率基本方程:
当Q和 已知时，要求取传热面积A必须知K和△tm’则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。
2．平均传热温差：
△tm’=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2) =[(63-41)-(25-15 )]/ln[(63-41 )/(25-15)] =15℃
由于Tm-tm=（63+41）/2-（25+15）/2=32<50℃，因此无需考虑补偿圈。
而传热平均温差校正系数：
由计算温差校正系数 的公式：
第三节列管式换热器的设计和选用的计算步骤总结
第三章换热器设计
一、确定设计方案.
二、确定物性数据
四、传热面积初值计算
五、管侧传热系数
六、管内给热系数
七、传热核算
八、壳侧压力降
九、管侧压降计算
第四章流程图
设计流程图
工艺流程图
结语
参考文献
设计任务书
一
淀粉双酶法糖化（假设糖化完全）后，需将糖液温度由61℃降到42℃，以便于后续的耐高温酵母酒精发酵或者后续的酒精发酵和醋酸发酵。糖液浓度范围（16%），糖液处理量范围8100 kg/h，所用的冷却介质为冷水，冷水进口温度16℃，冷却水的出口温度27℃。要求设计合适的糖液列管式冷却器。
3、核算总传热系数
分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。
4、计算传热面积并求裕度
根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△tm，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积AP大于A010%~20%左右为宜。裕度的计算式为：
1、初选换热器的规格尺寸
◆初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数φ大于0.8，否则应改变流动方式，重新计算。
◆计算热流量Q及平均传热温差△tm，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A估。
◆选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列
2、计算管、壳程阻力
在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数NP和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时NP与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。
1、管程结构
2、壳程结构
第三节管程和壳程数的确定
第四节流动空间的选择
第五节流体流速的选择
第六节流动方式的选择
第七节加热剂、冷却剂的选择
第八节流体出口温度的确定
第九节材质的选择
第二章列管式换热器的设计计算
第一节传热计算
1、传热系数K
2、平均温度差
3、对流传热系数
4、污垢热阻
第二节流体流动阻力(压强降)的计算
流动空间及流速的确定
由于井水容易结垢，为便于清洗，应使水走管程，糖液走壳程。从热交换角度，糖液走壳程可以与空气进行热交换，增大传热强度。选用Φ25×2.5 mm的10号碳钢管。
2、确定物性数据
1．定性温度：
壳程糖液的定性温度为
管程水的定性温度为
2．定性温度下流体的物性见下表：
介质
性质
密度kg/m3
比热容kJ/（kg·℃）
管长/mm
管数
管心距/mm
排列方式
壳体内径/mm
折流板数
折流板间距/mm
材质
管壁导热系数[W/(m·K)]
主要计算结果
管程
壳程
流速/(m/s)
流通截面积/m2
对流传热系数/[W/(m2·℃)]
污垢热阻/(m2•k/w)
总传热系数/[W/(m2·K)]
压力降/Pa
换热面积
所需换热面积/m2
实际换热面积/m2
二
1．处理能力：8100kg/h糖液，糖液浓度范围16 %
2．设备形式：列管式换热器
3．操作条件
（1）糖液：入口温度61℃，出口温度42℃
（2）冷却介质：井水，入口温度16℃，出口温度27 ℃
（3）允许压强降：不大于100kPa
三
3.1 传热计算
3.2 管、壳程流的设计和选用的计算步骤总结
粘度Pa·s
热导率W/(m·℃)
糖液
热
井水
冷
取井水的污垢热阻为Rsi=0.58m2·℃·kw-1
取糖液的污垢热阻为Rso=1.7197×10-4m2·K/w
碳钢管管壁导热系数为λ=45 W/(m·K)
进水的年度取水的粘度。
3、计算传热系数
1．热流量：
Q0= WhCoΔto=5600×4.182×103×(63-41)/3600 =143117.3w
食品工程原理设计
说明书
设计题目：糖液列管式冷却器的设计
设计人：
专业班级：
学号：
指导老师：
评分：
评语：
二〇一五年月日
设计任务书
一设计题目：糖液列管式冷却器的设计
二设计任务及操作条件
三选择适宜的列管式换热器并进行核算
第一章设计方案简介
第一节换热器简介
一、换热器概述
二、换热器的分类
第二节列管式换热器的结构