化工原理课程设计

班级：黔化升121 《化工原理课程设计》

题目制糖厂糖汁加热

固定管板式换热器

专业化学工程与工艺

学生

指导教师

2012年8月16日

目录

一、设计条件 (3)

二、确定定性参数 (3)

三、估算传热面积 (4)

1.热流量 (4)

2.平均传热温差 (4)

3.传热面积 (5)

4.蒸汽用量 (5)

四、工艺结构尺寸 (5)

1.管程.................................................. .... (5)

2.壳体 (6)

3.封头 (7)

4.折流板 (7)

5.管板 (7)

6.拉杆及挡板 (8)

7.接管 (8)

8.鞍座选用及安装位置确定 (8)

五、换热器核算 (9)

1.壳程流体传热系数 (9)

2.管程流体传热系数 (9)

3.污垢热阻和管壁热阻 (10)

4.传热系数 (11)

5.传热面积裕度 (11)

六、换热器主要结构尺寸和计算结果 (11)

七、参考文献 (13)

一设计条件

1 每小时66900 kg的糖汁从90℃加热至120℃。糖汁的浓度为16％，

定压热容为3.77 kJ/kg▪℃;

2 加热蒸汽用锅炉房送出的饱和蒸汽，其压力为P=4.5 kgf/cm2;

3 列管用Φ33×1.5的碳钢管，长3m,有效长2.93 m;

4 设计压力：4.

5 kgf/cm2;

5 流程安排：从两物体看，饱和水蒸汽通入壳程，便于排出冷凝水；糖

汁入管程，便于提高流速，增大传热膜系数；

二确定定性参数

饱和水蒸汽的压力为4.5 kgf/cm2时查知其温度为147 ℃

1 定性温度

取进出口温度的平均值

饱和蒸汽：T=(147+147)/2=147 ℃

糖汁：t=(90+120)/2=105 ℃

2 由定性温度得：

147 ℃饱和水蒸汽：

汽化潜热：Lv=2125 kJ/kg

密度：p=2.415 kg/m3

105 ℃浓度为16%糖汁：

密度:ρ=10.66 kg/m3

比热容：C=3.77 kJ/kg▪℃

粘度：υ=1.5×10-3 Pa▪S

热导率：λ=0.53 W/(m▪K)

三估算传热面积

1 热流量

Φ=q m c p∆t

=66900×3.77×(120-90)

=7.566×106 kJ/h=2102 KW

2 平均传热温差

T1=T2=147 ℃t1=90 ℃t2=120 ℃

Δt 1=T 1-t 1=147-90=57 ℃

∆t 2=T 2-t 2=147-120=27 ℃

∆t m =27

57ln 2757-40 ℃ 3 传热面积

由于糖汁粘度，根据经验数据，传热系数K 取500 W/m 2▪k 则传热面积：A=Φ/k ▪∆t m =

405002102000⨯=105.1m 2 4 蒸汽用量：

考虑到热损失，则Q 2=1.05Q 1

v=Φ/Lv=2115

756600005.1⨯=3756 kg/h 四 工艺尺寸结构

1 管程

（1 )管子数

n:选Φ33×1.5的碳钢管，管长3 m

Θ S n =n πd 均L n

∴n=

93.20315.014.31.105⨯⨯=362.656≈363 (根） （2）管程数

因为传热管为3m ，按经验符合要求，所以则可用2程,

每 程182根，则所需管数为364根。

( 3 ) 管子排列

采用正三角形排列

取管心距t=1.25d 0,则

t=1.25×33=41.25≈42 (mm)

2 壳体

（1）内径

采用多管程结构，进行壳体内径估算。取管板利用率η=0.75 ， 则壳体内径为：

D=1.05t ηn =1.05×42×75.0364=970 mm

取壳体内径D=1000 mm.

（2） 壁厚

材料选用Q235，计算壁厚为

δ=[]c

t i

c P 2D P -φσ+C

取式中P 设计压力，取P=1.6 MPa

D=1000 mm

Ф=0.7

[σ]=113 MPa

20d 4n C •=

π=0.31 mm δ=

6.1

7.0113210006.1-⨯⨯⨯+0.31=10.53≈12 mm 3 封头壁厚

δ=

P 5.0(2-)σPD +C =6

.15.07.0113210006.1⨯-⨯⨯⨯+0.31 =10.48≈12 mm

则上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T 4746---2002标准， 封头为DN1000×12，曲面高度h 1=250 mm ，直边高度h 2=40 mm ，材料选用20钢。

4 折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为

h=0.25×1000=250 mm.

取折流板间距B=0.3D,厚度12 mm 则

B=0.3×1000=300 mm

折流板外径D=D N ー12=988 mm

折流板数N B :