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1107

2013年12月13日

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-------------------------------------------------------------------------5

1、确定设计方案------------------------------------------------------------------5

2、确定物性数据------------------------------------------------------------------5

3、计算总传热系数---------------------------------------------------------------6

4、计算传热面积------------------------------------------------------------------7

5、工艺结构尺寸------------------------------------------------------------------7

6、换热器核算---------------------------------------------------------------------9

1）热量核算--------------------------------------------------------------------9 2）换热器内流体的流动阻力-----------------------------------------------11 3）换热器主要结构尺寸和计算结果总表-------------------------------13

7、离心泵的选择------------------------------------------------------------------13

四、设计结果--------------------------------------------------------------------------16

五、参考文献--------------------------------------------------------------------------16

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。

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/(m 2·℃)； 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/m 2； Q ——传热速率，W ； r ——半径，m ；

R ——热阻，2

/;m C W Re ——雷诺数； S ——传热面积，m 2； 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/()w m C o

g Δ——有限差值；

λ——导热系数，/()w m C o

g ； μ——粘度，Pa.s ； ρ——密度，kg/m 3； 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.

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i u =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 =

13545

2+=90(℃) 管程冷却水的定性温度为t =1030

2

+=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 0ρ=952 kg/m 3 定压比热容

0p c =2.261kJ/(kg·℃)

导热系数 0λ =0.176W/(m·℃) 粘度 0μ=0.744 Pa·s

循环冷却水在20℃下的物性数据：