固定管板式换热器的设计

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1、天津理工大学固定管板式换热器设计说明书专业：过程装备与控制工程姓名：学号：届：2008指导教师：12目录一.确定设计方案....................................2（1）设计内容与要求.................................2（2）换热器的类型选择及流程安排2二.工艺计算3（1）确定物性参数3（2）估算传热面积3（3）传热管排列及分程4三.部件结构设计6（1）壳体内径6（2）折流板、拉杆和缓冲挡板6（3）接管及其计算....................

2、...............5（4）分程隔板与分程隔板槽...........................7（5）封头7（6）鞍座...........................................8（7）换热管与管板的连接8四.换热器核算8（1）换热器核算8五.设计结果概要...................................1012一.确定设计方案（1）设计内容与要求1.设计条件：⑴设计一列管式换热器,处理鲜奶3000升/小时,主要用于加热杀菌操作。⑵设计依据:冷奶温

3、度25℃,采用高温短时杀菌,加热至85℃⑶加热蒸汽采用锅炉房送出的饱和水蒸气，其压力p=0.199Mpa(表压);⑷设计压力:0.199Mpa；2.设备类型：列管式换热器；3.图纸：设备装配图一张，采用A1图纸；零件图采用A2图纸。（2）换热器的类型选择及流程安排1.选择换热器类型：饱和水蒸气的压力为0.199Mpa，饱和水蒸汽的该压力下温度120℃。牛奶的进口温度25℃，出口温度85℃。其定性温度为：（25℃+85℃）/2=55℃。2.流程安排：12饱和水蒸气通入壳程，便于排出冷凝水；牛奶通入管程，便于提高流

4、速，增大传热膜系数。二.工艺计算（1）确定物性参数1.定性温度取流体进出口温度的平均值。饱和水蒸气：T=(120℃+120℃)/2=120℃鲜牛奶:t=(25℃+85℃)/2=55℃2.根据定性温度查出有关物性参数（根据饱和水蒸气物性参数表）120℃下饱和水蒸气的物性数据：汽化潜热：Lv=2203.3kJ/kg粘度：μ=pa.s导热系数：λ=2.45w/m.℃热容：Cp=2.152kJ/kg.℃55℃下牛奶的物性参数：密度：ρ=1.03g/ml粘度：μ=0.0015pa.s（2）估算传热面积121.热负荷：Q1

5、=mCpΔt1=0.833×2.5×(85℃-25℃)×0.98=122.451kw2.平均传热温差:Th1=Th2=120℃，Tc1=25℃，Tc2=85℃Δt1=Th1-Tc1=95℃，Δt2=Th2-Tc2=35℃逆流时的对数传热温差：Δtm=(Δt1-Δt2)/lnΔt1/Δt2=60.1℃3.传热面积:由于牛奶的粘度μ=0.0015Pa.s＜2×10Pa.s,根据经验数据,初选传热系数k取800w/m.℃.初步定传热面积:A=Q1/KΔtm=122.45kw/(0.8×60）℃=2.55m4.蒸汽的使

6、用量：考虑到热损失，则Q2=1.05Q1m=Q2/Lv=1.05×122.451/2203.3=535.89kJ/h(Lv为饱和水蒸气的汽化潜热）（3）传热管排列及分程1.管径选用和管内流速计算⑴管径：12由于牛奶是食品，按规定应该采用卫生管，按规格表选用19×2mm的碳钢无缝钢管。⑵管内流速的计算：管程内牛奶的流速n=1.5m/s2.管程数和传热管数及其排列分程方法⑴传热管单程数nsns===3根⑵确定程数暗单程数计算所需要的传热管长度:L=A0/πd0ns=2.55/(3.14×0.019×3)=12.2m

7、取L=12m取标准管长度l=2m,则管程数Np=L/l=12/2=6(管程）所以传热管总数：NT=6×3=18根3.管子排列和分程⑴采用正三角形排列管心距t=1.25d0=1.25×19=23.75mm取t=25mm。⑵隔板中心到最后一排管中心距s=t/2+6=18.5mm取s=19mm.各程相邻管心距为19×2=38mm。12三.部件结构设计（1）壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η=0.55则壳体内径：D=1.05(Nt/η)0.5=1.05×25×(18/0.55)0.5=225D圆整为273mm长径比

8、：l/D=2000/273≈8,在[6，10]之间。故满足。（2）折流板、拉杆和缓冲挡板1.折流板:采用弓形折流板，弓形折流板圆缺高度一般为10%-40%，可取25%。则切去的圆缺高度为：h=225×25%=55mm.折流板数目：NB=3块。2.拉杆：根据换热器拉杆选择标准(附表),本换热器壳体内径D=273mm,可选用拉杆直径12mm，拉杆数目4个，拉杆两端螺纹为M12。3.放冲挡板