课程设计报告(1)

课程设计报告

课程名称：＿＿＿食品工程原理＿

题目：＿列管式固定管板式换热器的设计

学院：＿生命与食品系：食品科学与工程专业：＿＿＿食品工程＿＿＿＿班级：＿＿＿＿＿＿食品＿＿＿＿＿＿＿＿学号：＿＿＿＿＿＿＿ 5603111034＿＿＿＿＿学生姓名：＿＿＿＿＿＿＿潘俊宇＿＿＿＿＿＿起讫日期：2013年5月13至2013年5月17日

指导老师：＿＿衷平海＿＿职称：＿＿＿＿＿

一、设计目的：

设计处理能力64吨水/ 小时的列管式换热器,确保换热器能正常工作，并节约用换热器用材，在使用过程中能节约能量，效率高的效果。

二、设计内容：

设计一台用饱和水蒸气(表压400~500KPa)加热水的列管式固定管板换热器，水流量为64t/h，水温由10℃加热到75℃。

三、设计项目：

①热负荷②传热面积③管子排列

④外壳直径及长度⑤接管直径⑥外壳及管板厚度

⑦设计主视图、左视图，设备管口

四、初步确定内容

1.操作条件下流体的物性参数

蒸汽压力500 KPa，其相应的温度Ts=151.7 ℃，此时蒸汽的物性参数：

密度ρ=2.6673 kg／m3 汽化潜热γ=2113.2 kJ／kg

水的定性温度t=50 ℃，此时水的物性参数：

cp= 4174 kJ／kg•℃；μ=549.2×10-6pa•s；λ= 0.638 W／m2•k；ρ= 999.14 kg／m3

2.列管式换热器型式的选择

选择:固定板式型式

3.冷热流体流程、流向的选择

冷热流体流程：冷流体走管程，热流体走壳程

冷热流体流向：逆流

4.换热器规格及其在管板上的排列方式

换热管规格：25×2.5mm

换热管排列方式：正三角型

五、设计计算

1. 热负荷Q

Q=m s c p（t2-t1）= 4.82×106 W或J／s

2．传热面积A

Q=KAΔt m 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。①

取K= 1200W／m2·k 由于△t m=(△t1-△T2)/(ln（△t1/△T2) 代人数据得△t m=105.9°C，由①可求得A= 37.9m2

且A，=（1.1～1.2）A

求出实际A，= 45.5m2

3.换热器的基本尺寸（如d、l、n、管程数级管子的排列）

若已选管子直径为Φ25×2.5mm，管内径d内= 20mm

管程内水走的流速取u= 1m／s

∵ n·πd内2·u／4=m s／ρ

管子数n= 52（取整数）

又由A，=nπ·d外·l，

管长l，= 11.2

再选取l= 3m

管程数 m=l，／l= 4（取整数）

管子总数 N T=n·m= 208根

管子的排列：如图所示，在中间按正三角形排列153根管，在上面排28根，下面排27根。

4.K的校正

⑴求管程水内的强制对流传热系数取管程水内的流速u=1m/s所以α1=0.023* λ/d * (ρdu/μ)ˆ0.8* (cμ/λ)ˆbW/(㎡/℃)当流体被加热时b=0.4,当流体被冷却时b=0.3

求得α1=5040 W/(㎡/℃)

⑵假设α2=10000W/(㎡/℃)

⑶核算总传热系数基于管外表面积A2的总传热系数为

1／K2=d2／α1d1+RS1d2／d1+bd2／(λdm)+RS2+1／α2

即可求得K2=1400W/(㎡·°C),所求的K2大于K，且（K2-K）/K=16.6%,属于10~25%的范围，因此，所设的K值符合要求。

5.外壳直径及长度

【1】外壳直径D

胀接法时管中心距a= 35 mm

管子按正三角形排列时横过管束中心线的管子数 b =15根

管中心线上最外层的中心至壳体内壁的距离 e = 30mm

求得D = a.(b – 1) + 2e = 600mm

（2）外壳长度

外壳长度L =l+D+h+2δ=3.786m

验证换热器：L / D =6.3（属于6~10的范围）

6.管板及外壳壁厚度管板厚度

（1）管板厚度

管板厚度= 18.75mm

（2）外壳壁厚度

外壳壁厚度δ=10mm

7.接管直径

（1）水的接管直径

接管内水的流速取u =2.2m/s

π/4×d^2×u=ms/ρ

d = 100mm

(2)水蒸汽进口直径

水蒸汽进口的流速取u =26.8 m/s

水蒸汽压力500 kPa时，物性常数ρ= kg/m3, γ=2113.2 kj/kg

ms=π/4×d^2×ρ×u

d =200mm

(3)冷凝水出口直径

冷凝水出口的流速取u = 2m/s

T= ℃时，水蒸汽的潜热γ= KJ／kg，冷凝水的密度ρ= kg／m³m s =Q／γ=πd2ρ·u

d= 40mm (圆整到无缝钢管的标准直径)

(4)不冷凝气体出口管径

采用Φ76×3mm，无缝刚管

8.折流挡板

折流挡板类型：单缺口

折流板间距取：300mm

折流板厚度取：6mm

9.拉杆和定距管

拉杆直径： 12mm

定距管直径： 16mm

六、收获、建议

工程设计不外乎两个目的，一个是设计所需要的仪器，第二个就是取得最好的经济效益，通过对列管式换热器的设计，加深了对于传热知识的理解，同时通过相关查找资料对于工程上各种材料的规格有了一定的认识，在选取材料的时候，需要结合换热器本身的需求，同时也要注意经济效益，做到节约材料，把热量传递的最高效率达到最高，这不仅是换热器对的一大改进，同时也做到能获得刚好的经济效益。

七、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.