列管式换热器设计(水蒸气加热水)分析.doc

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 姓 名： 胡硕 学院班级： 食品学院食科142班 学 号： 753461153 指导老师： 张 彬 设计时间： 2016.05.30~06.04  一、换热器设计任务书 - 3 - 二、摘要 - 4- 三、初步选定换热器 - 5 - 四、设计计算 - 6 - 五、收获 -11 - 六、参考文献 - 12 - 附件一 换热器主要结构尺寸和计算结果 - 13 - 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 水 水蒸汽 入口温度/℃ 10 出口温度/℃ 80 定性温度/℃ 45 147.7 密度/kg·m-3 990.0 2.4152 黏度/Pa·s-1 0.000600 0.0000128 定压比热容/kJ·kg-1·k-1 4.174 热导率/Ｗ·m-1·k-1 0.6400 0.6835 汽化潜热/kJ·kg-1 2125.4 四、设计计算与说明 （一）计算总传热系数 1、热流量 =130/3600×1000×4.174×(80-10)=10550 kJ/s 水蒸气流速 (kg/s) Vs=m/ρ=2.16m^3/s 2、平均传热温差 =(137.7-67.7)/㏑(137.7/67.7) 式中：℃ ,℃ 求得△tm,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: 由得: (㎡) 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