列管式换热器的设计课程设计任务书

食品工程原理课程设计说明书

列管式换热器的设计

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学号：

班级：

2012年12 月 24 日

食品工程原理课程设计任务书

：学号：班级：

一、设计题目：列管式换热器设计

二、设计容

目录

一、设计意义---------------------------------------------------------------4 二、主要参数说明---------------------------------------------------------4

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------------------------12

四、参考文献

----------------------------------------------------------------

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一、设计意义

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——换热器外壳径，m；

f——摩擦系数；

F——系数；

h——圆缺高度，m；

K——总传热系数，W/(m2·℃)；

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

Δ——有限差值；

λ——导热系数，/()w m C ； 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； 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：

某生产过程中，需将11200kg/h 的牛奶从140℃冷却至50℃，冷却介质采用循环水，循

环水入口温度20℃，出口温度为40℃。允许压降不大于105

Pa 。试设计一台列管式换热器并进行核算。

（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140℃，出口温度50℃，冷流体(循环水)进口温度20℃，出口温度40℃。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

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，牛奶走壳程。选用ф25×2.5的碳钢管，管流速取i u =1.0m/ｓ。 2．确定物性数据

定性温度：可取流体进口温度的平均值。

壳程牛奶的定性温度为T =

250

140+=95（℃） 管程冷却水的定性温度为t=302

40

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。 牛奶在95℃下的有关物性数据如下：

密度 0ρ=1040 kg/m 3

定压比热容

0p c =2.11kJ/(kg·℃)

导热系数 0λ =0.140 W/(m·℃) 粘度 0μ=0.0001103 Pa·s 循环冷却水在35℃下的物性数据：

密度 i ρ=995.7 kg/m 3

定压比热容 i p c =4.17 kJ/(kg·℃) 导热系数 i λ=0.617 W/(m·℃)

粘度 i μ =0.0008012 Pa·s

3．计算总传热系数 （1）热流量

Q o =W o C po Δt o =11200/3600×2.11×(140-50)=590.8(kW)