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。

②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。

③换热器的主要结构尺寸设计。

④主要辅助设备选型。

⑤绘制换热器总装配图。

二、摘要

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。

其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。

在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

三、初步选定换热器

1、选择换热器的类型

两流体温的变化情况：热流体进口温度147.7℃出口温度147.7℃；冷流体进口温度10℃，出口温度为80℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用固定管板式列管式换热器。

2、管程安排

从两物流的操作压力看，应使水蒸气走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢

增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环

水走管程，水蒸气走壳程。

3.冷热流体流向安排：逆流

4.管径和管内流速

选用Φ25×2.5mm较高级冷拔传热管（碳钢），参见资料取管内流速u1=1.5m/s。

设计参数

四、设计计算与说明 （一）计算总传热系数 1、热流量

T mC p ∆=1Q =130/3600×1000×4.174×(80-10)=10550 kJ/s

水蒸气流速

21.51000

4.21251000

10550=⨯⨯=

=

λ

Q

m i (kg/s)

Vs=m/ρ=2.16m^3/s

2、平均传热温差

㏑(137.7/67.7)

式中：7.137107.1471=-=∆t ℃ ,7.67807.1472=-=∆t ℃

求得△t m,1=98.59℃ 3、计算传热面积A

求传热面积A 需要先知道传热系数K 值，而K 值又与给热系数、污垢热阻等有关。在换热器的直径、流速等参数未定时，给热系数也无法计算，所以只能先进行试算。根据资料查得和水之间的传热系数在 1300W/(㎡·℃)左右，先取K 值为1100W/(㎡·℃)计算,则传热面积为: 由 t KA =Q m △得:

m t K Q A ∆=103.971100

59.98100010550=⨯⨯= (㎡)

考虑安全系数5%-15%，取10%，则A=97.3×(100+10）%≈107（㎡）

（二）工艺结构尺寸 1、管程数和传热管数

设所需单程管数为n ，从管内流量体积可依据传热管内径和流速确定单程传热管数

3.1310

.9901000130=⨯=

=

ρ

s

m V （m 3

·h -1） n=

775

.1025.0785.03600

/3.1314

2

2

1

=⨯⨯=

u d V

i π

按单程管计算，所需的单程传热管长度为 ：

L=

m n d A o 7.1777

025.014.3107

π0≈⨯⨯= 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用标准设计，现取传热管长l=4.5m ，则该换热器的管程数为：

N p =49.35

.47

.17≈==

l

L 传热管总根数： N t =77×4=308（根） 2、传热管排列和分程方法

（1）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。

（2）取管心距t=1.25d0，则 t=1.25×25=31.25≈32㎜ 隔板中心到离其最近一排管中心距离计算：

S=t/2+6=32/2+6=22㎜

（3）各程相邻管的管心距为44㎜。