固定管板式换热器的设计.doc

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： 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................................... 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................................... 10 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： 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 1.热负荷： Q1=mCpΔt1=0.833×2.5×(85℃-25℃)×0.98=122.451kw 2.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）℃=2.55m 4.蒸汽的使用量： 考虑到热损失，则Q2=1.05Q1 m=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： 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/s 2.管程数和传热管数及其排列分程方法 ⑴传热管单程数ns ns===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。 三.部件结构设计 （1）壳体内径 采用多