食品工程原理课程设计 列管式换热器的设计

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 (3)

2.1 概述 (3)

2.1.1 换热器 (3)

2.1.2 换热器的选择 (3)

2.1.3 流动空间的选择 (5)

2.1.4 流速的确定 (5)

2.1.5 材质的选择 (6)

2.1.6 管程结构 (6)

2.1.7 壳程结构 (7)

2.2 设计方案简介 (8)

2.2.1选择换热器的类型 (8)

2.2.2 流体流动空间及流速的确定 (8)

3 工艺及设备设计计算 (9)

3.1 确定物性数据 (9)

计算总传热系数 (9)

3.1.1 热流量 (9)

3.1.2平均传热温差 (9)

3.1.3 冷却水用量 (10)

3.1.4 总传热系数K (10)

3.2传热面积的计算 (10)

3.3工艺结构尺寸 (11)

3.3.1 管径和管内流速 (11)

3.3.2 管程数和传热管数 (11)

3.3.3 平均传热温差校正及壳程数 (11)

3.3.4 传热管排列和分程方法 (11)

3.3.5壳体内径 (12)

3.3.6 折流板数 (12)

3.3.7 接管 (12)

3.4 换热器核算 (12)

3.4.1 热量核算 (12)

3.4.2 换热器内流体的流动阻力 (14)

4 设计结果汇总表 (16)

5 讨论 (17)

参考资料 (18)

结束语 (19)

附录（主要符号说明） (20)

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。

（4）工艺设计计算包括：选择适宜的换热器并进行核算，主要包括物料衡算和热量衡算、热负荷及传热面积的确定、换热器主要尺寸的确定、总传热系数的校核等。（注明公式及数据来源）

（5）结构设计计算：选择适宜的结构方案，进行必要的结构设计计算。主要包括管程和壳

程分程、换热管尺寸确定、换热管的布置、折流板的设置等。（注明公式及数据来源）

（6）绘制工艺流程图 绘制工艺流程图一张； CAD 绘制。 （7）编写设计说明书 设计说明书的撰写应符合规范与要求。

1.4 参考书

（1）贾绍义，柴诚敬.《化工原理课程设计》，天津大学出版社；

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c ==⨯=λμρJ P ＝

（2）陈敏恒，丛德滋等.《化工原理》上册，化学工业出版社出版；

（3）匡国柱.史启才.《化工单元过程及设备课程设计》；

（4）《化工设计全书》编辑委员会.金国淼等编.《吸收设备》化学工业出版社；

（5）李云飞，葛克山.《食品工程原理》，中国农业大学出版社；

（6）其它参考书。

食品工程教研室

2011年5月

2 概述与设计方案的选择

2.1 概述

2.1.1 换热器

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。

在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与上述情形并无本质上的差别。

在食品、化工、石油、动力、制冷等行业中广泛使用各种换热器，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一些化工单元操作的重要附属设备，因此在化工生产中占有重要地位。

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。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。

2.1.2 换热器的选择

换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式：坚壁式、直接接触式和蓄热式。

列管式换热器的应用已有很悠久的历史，现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在石油、化工、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和金属耗量等方面不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐用、适应性强、制造材料广泛等独特的优点，因而在换热设备中仍处于主导地位。

同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量应用于工业中。

列管换热器主要特点：

1 耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于无机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，几乎直到100℃都对其无破坏作用，对几乎所有溶剂在室温下均不溶解，一般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。

2 耐温性：聚丙烯塑料熔点为164-174℃，一般使用温度可达110-125℃。

3 无毒性：不结垢，不污染介质，也可用于食品工业。

4 重量轻：对设备安装维修极为方便。

列管式换热器主要分为以下四种：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器。

（1）固定管板式换热器

结构特点：两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构的壳侧清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，会使管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。