年處理量為26萬噸花生油換熱器的設計_課程設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 換熱管布置和排列問距 常用換熱管規格有 ф192 mm 、 ф252 mm 、 ф25 mm 。 標準管子的長 度常用的有 1500mm， 20xxmm， 3000mm， 6000mm 等。當選用其他尺寸的管長時，應根據管長的規格，合理裁用，避免材料的浪費。 換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列，如 下 圖所示。 圖 15(a) 正方形直列 圖 15（ b）正方形錯 列 圖 15(c)三角形直列 圖 15（ d）三角形錯列 圖 15（ e）同心圓排列 正三角形排列結構緊湊；正方形排列 便于機械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結構更為緊湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。 對于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。 b 管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。 管板與管子的連接可脹接或焊接。 吉林化工學院食品工程原理課程設計 9 殼程結構 介質流經傳熱管外面的通道部分稱為殼程。 殼程內的結構，主要 由折流板、支承板、縱向隔板、旁路擋板及緩沖板等元件組成。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場合不同，殼程內對各種元件的設置形式亦不同，以此來滿足設計的要求。各元件在殼程的設置，按其不同的作用可分為兩類：一類是為了殼側介質對傳熱管最有效的流動，來提高換熱設備的傳熱效果而設置的各種擋板，如折流板、縱向擋板。旁路擋板等；另一類是為了管束的安裝及保護列管而設置的支承板、管束的導軌以及緩沖板等。 a 殼體 殼體是一個圓筒形的容器，殼壁上焊有接管，供殼程流體進人和排出之用。直徑小于 400mm的殼體通常用鋼 管制成，大于 400mm 的可用鋼板卷焊而成。殼體材料根據工作溫度選擇，有防腐要求時，大多考慮使用復合金屬板。 介質在殼程的流動方式有多種型式，單殼程型式應用最為普遍。如殼側傳熱膜系數遠小于管側，則可用縱向擋板分隔成雙殼程型式。用兩個換熱器串聯也可得到同樣的效果。為降低殼程壓降，可采用分流或錯流等型式。 殼體內徑 D取決于傳熱管數 N、排列方式和管心距 t。計算式如下： 單管程 0)3~2()1( dntD c ??? 式中 t—— 管心距， mm； d0—— 換熱管外徑， mm； nc—— 橫過管束中心線的管數，該值與管子排列方式有關。 正三角形排列： N? 正方形排列： N? 多管程 D N /?? 式中 N—— 排列管子數目； η —— 管板利用率。 正角形排列： 2管程 η =～ 4 管程 η =～ 正方形排列： 2管程 η =～ 4 管程 η =～ 殼體內徑 D 的計算值最終應圓整到標準值。 吉林化工學院食品工程原理課程設計 10 b 折流板 在殼程管束中，一般都裝有橫向折流板，用以引導流體橫向流過管束，增加流體速度，以增強傳熱；同 時起支撐管束、防止管束振動和管子彎曲的作用。 折流板的型式有圓缺型、環盤型和孔流型等。 圓缺形折流板又稱弓形折流板，是常用的折流板，有水平圓缺和垂直圓缺兩種。切 缺率 (切掉圓弧的高度與殼內徑之比 )通常為 20％ ~50％。垂直圓缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有懸浮固體粒子流體用的水平熱交換器等。垂直圓缺時，不凝氣不能在折流板頂部積存，而在冷凝器中，排水也不能在折流板底部積存。弓形折流板有單弓形和雙弓形，雙弓形折流板多用于大直徑的換熱器中。 折流板的間隔，在允許的壓力損失范圍內希望盡可能小。一般推薦折流板間隔最小值為殼內徑的 1/5 或者不小于 50 mm，最大值決定于支持管所必要的最大間隔。 c 殼程接管 殼程流體進出口的設計直接影響換熱器的傳熱效 率和換熱管的壽命。當加熱蒸汽或高速流體流入殼程時，對換熱管會造成很大的沖刷，所以常將殼程接管在入口處加以擴大，即將接管做成喇叭形，以起緩沖的作用；或者在換熱器進口處設置擋板。 設計方案簡介 因為我們要加熱的材料是花生油，流體壓力不大，管程與殼層溫度差較大，并考慮易清洗性，所以初步確定選用固定管板式換熱器。 流體流動空間及流速的確定 因為本次所要處理的花生油與冷卻水的進出口溫差都大于 50176。 C，所以需要焊接膨脹節。 由于花生油較水有腐蝕性，而管子及管箱用耐腐蝕材 料造價低 ,故應使冷卻水走管程，花生油走殼程。 考慮到要進行加熱的是花生油，所以選用不銹鋼材質的管。 綜上所述，選用帶膨脹節的固定管板式換熱器，選用φ 25mm 的不銹鋼管，管內流速取 u= 吉林化工學院食品工程原理課程設計 11 2 工藝及設備設計計算 確定物性數據 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值 殼程花生油的定性溫度為： 45100 ???T ℃ 管程循環水的定性溫度為： t = 2521535 ?? ℃ 根據定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關 物性數據 花生油在 ℃下的有關物性數據 冷卻水在 25℃下的有關物性數據 密度 3845 /o kg m? ? 密度 i? =定壓比熱容 0PC = kJ/(kg℃ ) 定壓比熱容 piC = kJ/(kg℃ ) 導熱系數 o? = (m℃ ) 導熱系數 i? = W/(m℃ ) 黏度 o? = s 黏度 i? = s 熱負荷及傳熱面積的確定 70 26 10 32828330 24m k g h???? 由《化工原理課程設計指導》查得 且換熱器熱損失以總熱量的 5%記 可得 39。0 0 0 0 01 0 5 % 1 . 0 5 1 . 0 5 3 2 8 2 8 2 . 2 2 ( 1 0 0 4 5 ) 4 2 0 8 7 1 3 . 7 4 1 1 6 9 . 0 9pQ Q m c t k J h k w? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 先按照純逆流計算，由《食品工程原理》六十一頁查得 1212( 1 0 0 3 5 ) ( 4 5 1 5 ) 4 5 . 365lnln 30mttt tt? ? ? ? ? ?? ? ? ???℃ （ 1）管程傳熱系數 吉林化工學院食品工程原理課程設計 12 由《食品工程原理》 四十一頁 查得 40 . 0 2 1 . 0 9 9 6 . 9 5R e 2 2 0 8 89 . 0 2 7 1 0i i iidu ?? ???? ? ?? 4 1 8 0 0 . 0 0 0 9 0 2 7Pr 6 . 2 0 80 . 6 0 7 8PC ?? ?? ? ? (2)殼程傳熱系數 由《食品工程原理》四 十頁得 假設殼程的傳熱系數是 20 700 ( )W m K? ?? 污垢熱阻 ? ( 2m ? ℃ ) / W 176soR ? ( 2m ? ℃ ) / W 管壁的導熱系數 45?? W /( m ? ℃ ) 由《食品工程原理》查得 0000001ln1??? ?????siisiiiRdddddRddK W/( 2m ℃ ) 考慮 15%的面積裕度 S=S′==（ 2m ） 換熱器主要結構尺寸的確定 選用φ 25mm 的不銹鋼管，管內流速取 iu =。 冷卻水用量 0 4208713. 74 5 0 3 4 3 . 4 74 . 1 8 ( 3 5 1 5 )i p i iQW k g hCt? ? ?? ? ? 由任曉光《化工原理課程設計指導》二十頁得： 10 .0 2 5 0 .0 2 5 0 .0 2 5 0 .0 2 5 10 .0 0 0 2 6 l n 0 .0 0 0 1 7 64 3 3 4 .7 5 0 .0 2 0 .0 2 4 5 0 .0 2 7 0 04 6 .9 9?? ? ?