食品工程原理课程设计。
题目：列管式换热器。
班级：化工。
姓名：鲁波。
目录。第一章设计方案概述和简介 3
1.1 概述 3
1.2 方案简介 4
1.2.1 列管式换热器的分类 4
1.2.2 设计方案选定 6
第二章换热器的设计计算 7
2.1 物性参数的确定 7
2.1.1定性温度，取流体进口温度的平均值 7
2.1.2果汁和水在定性温度下的相关物性参数 7
2.2 估算传热面积 7
2.2.1 计算热负荷 7
2.2.2 确定冷却水用量 7
2.2.3 传热平均温度差 8
2.2.4初算传热面积 8
2.2.5 工艺结构尺寸 8
2.3换热器校核 10
2.3.1传热面积校核 10
2.3.2 壁温的计算 13
2.3.3 核算压力降 13
第三章辅助设备的计算和选型 14
3.1其他附件的设计和计算 14
3.1.1 拉杆规格 14
3.1.2 接管 15
第四章设计结果汇总表 15
第五章设计评述 16
参考文献 16
符号说明 18
致谢 19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。化工生产中换热器的使用十分普遍，由于无聊的性质、歘热要求各不相同，换热器的种类很多。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器是非常重要的。
按照热量交换的方法不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：
另一种流体温度较低，吸收热量。换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中都有广泛应用，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。
根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。
1.2.1.1 u型管换热器。
u型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为u型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与u型环热管由温差时，不会产生温差应力。u型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。
其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。
1.2.1.2 浮头式换热器。
浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。
其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。
1.2.2.1 换热器类型的选择。
按照设计任务书的要求，热流体果汁入口温度80℃，出口温度20℃，冷流体是水，入口温度6℃，出口16℃，操作压力小于0.6mpa，果汁的温度变化为60℃比较大。基于这些要求，应选择填料函式换热器，是由于它具有管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力、制造方便和易于清洗的特点。
1.2.2.2 流体路径的选择。
果汁是粘度较大的液体，且需要冷却，所以选择走壳程，并且，填料函式换热器具有不论管内还是管间都易于清晰地优点，又给果汁走壳程增添了有力的理论依据。这样，冷却水即走管程。按照一般情况，选用规格为25*2.
5mm的不锈钢无缝管。
1.2.2.3.列管式换热器设计的主要内容。
列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流体设计、结构设计、以及强度设计。其中以热力设计最为重要。不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投入使用的换热器在检验它是否满足使用时，均需要进行这方面的工作。
热力设计是指根据使用单位提出的基本要求，合理的选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。
壳程流体果汁的定性温度：
管程流体水的定性温度：
根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据，果汁在50℃下的物性数据和水在11℃下的物性数据如下表。
则流动方式选用逆流。
参照传热系数的k的大致范围，取k=295 w/㎡℃
则估算传热面积
取实际面积为估算面积的1.15倍，则
2.2.5.1 选定换热管规格。
依据流体粘度来选定换热管规格。由于管内走水，换热管采用无缝不锈钢管，则其内径，外径。取管内流体流速0.5m/s,则估算换热管数量。
根 根据实际面积，估算换热管长度，若采用4管程，则每程长为6m。所以总管数为根。
2.2.5.2 确定换热管排列方式。
基于所估算的管程数，应该需要排列紧凑，换热效果好的管子排列的方式，所以采用正三角错列形式。管子与管板采用焊接结构。
管心距。则各程相邻管的管心距
2.2.5.3 壳体的相关参数。
采用多管程的换热器，壳体内径可按照式计算。取（管板利用率）=0.8
按壳体标准圆取整 。
2.2.5.4 绘制管板布置图、确定实际换热管数。
换热管的排列方式为正三角形式，则中心线上管数应按照式来计算
所以，中心管数为11根，换热管的大致排列方式如右图所示，按照正三角形排列法，每行管数都比前一行的少1，距中心线最远一行的换热管数为6。
实际的排管数为11+2*10+2*9+2*8+2*7+2*6=91 。扣除4根拉杆，则实际换热管数为根。
取管板厚度为50mm ，规定管子与管板焊接时伸出官办的长度为3mm，所以实际换热面积㎡，管内的实际流速：
实际流速小于1.8m/s，属于实际情况。
其切去的圆缺高度。
允许的折流板最小间距，所以选用折流板的间距为。
换热器为卧式，且过程中流体没有相变，所以选用水平装配弓形折流板(横向)，且不必另设支撑板。
所以可得用到的折流挡板数为块。
所以，综上所述换热管的总体规格可表示为：
壳径/mm400总管数 100
管程数4排列正三角。
换热管尺寸/mm管中心距/mm 32
实际传热面积/㎡ 40.95折流板间距/mm 200
管长/m 6折流板形式弓形折流板。
2.3.1.1 传热温度差。
计算p和r
根据p、r值，查温校正系数图，，所以，所选的单壳程是可行的。
2.3.1.2 总传热系数。
2.3.1.2.1 对于走管程的水（管程）
雷诺数 ：
普朗特常量 ：
管径比 ： 管径取内径）
水是被加热的
在式中，k取0.4 。
管内传热膜系数=4194.44 w/㎡℃
2.3.1.2.2 对于走壳程的果汁
雷诺数： ，其中为当量直径，对于以正三角形排列的换热管。
所以， 普朗特常量。
壳程的传热膜系数
其中，果汁是被冷却的，则=0.95
壳程的传热膜系数。
w/㎡℃2.3.1.2.3 污垢热阻和管壁热阻。
查表得[13] ,果汁为一般有机物，其污垢热阻常为㎡℃/w，是管外侧的污垢热阻。水的污垢热阻为管内测污垢热阻，㎡℃w。已知管壁厚为b=0.0025m，取碳钢的导热率为。
2.3.1.2.4 计算总传热系数。
其中 代入上式，即。
w/㎡℃2.3.1.3 传热面积校核。
经过以上一系列的计算，可知， w/㎡℃所以，可计算所需的换热面积，而已计算出换热器的实际传热面积a=40.27㎡，则，说明该换热器有20％的面积富、裕度，在10％~25％之内，能够完成生产任务。
化工原理课程设计 换热器设计
封皮。任务书。1 引言。简要介绍换热器，包括 作用 类型 特点等内容，不少于1页。2 设计方案及工艺流程说明。2.1 设计方案及流程图。2.1.1 设计方案。对于换热器的管程和壳程的温度差大于50 需热补偿常，管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修，所以常采用浮头式换热器。温度差小于50 采用固定管板...
化工原理换热器课程设计
目录。1.1概述3 1.2.换热器设计任务书3 1.3换热器的结构类型4 1.4换热器材质的选择6 1.5设计方案简介7 2.1设计参数10 2.2计算总传热系数10 2.3工艺结构尺寸11 2.4换热器核算13 2.4.1.热流量核算13 2.4.2 换热器内流体的流动阻力15 3.1设计结果一览...
化工原理课程设计 换热器
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