年处理量为26万吨花生油换热器的设计课程设计说明书.doc
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1、吉林化工学院 食品工程原理 课 程 设 计题目 年处理量为26万吨花生油换热器的设计 教 学 院 环境与生物工程学院 专业班级 食品科学与工程 1102 目录食品工程原理课程设计任务书.1中文摘要.31.概述与设计方案的选择.4 1.1 概 述.4 1.1.1.换热器.4 1.1.2换热器类型.4 1.1.2.1固定管板式换热器.5 1.1.2.2浮头式换热器.5 1.1.2.3 U型管换热器.6 1.1.2.4填料函式换热器.6 1.1.3流动空间的选择.7 1.1.4流速的确定.7 1.1.5材质的选择.7 1.1.6管程结构.8 1.1.7 壳程结构.9 1.2 设计方案的选择 .10
2、1.2.1选择换热器的类型.10 1.2.2流动空间及流速的确定.102.工艺设计计算.11 2.1 确定物性数据.11 2.2 热负荷及传热面积的确定.11 2.2.1热流量.11 2.2.2平均传热温差.11 2.2.3传热面积.11 2.3 换热器主要结构尺寸的确定.12 2.3.1管径和管内流速.12 2.3.2管程数和传热管数.12 2.3.3平均传热温差校正及壳程数.13 2.3.4传热管排列和分程方法.13 2.3.5壳体直径.13 2.3.6折流板.14 2.3.7接管.14 2.4 换热器核算.14 2.4.1传热面积校核.14 2.4.2换热器内压降的核算.16 3.设计结
3、果汇总表.18讨 论.19结束语.21参考文献.22附录.23食品工程原理课程设计任务书1设计题目 年处理量为26万吨花生油换热器的设计2操作条件(1)花生油:入口温度100,出口温度45。(2) 冷却介质:采用循环水,入口温度15,出口温度35;井水,入口压强0.3MPa。(3)每年按330天计,每天24小时连续生产。(4)花生油定性温度下的物性数据(5)允许压强降:不大于30kPa。(6)换热器热损失:以总传热量的5%计。(7)油侧污垢热阻0.000176 m2K /W,水侧污垢热阻0.00026 m2K /W。3设计任务(1)选择适宜的列管式换热器并进行核算。(2)工艺设计计算包括选择适
4、宜的换热器并进行核算,主要包括物料衡算和热量衡算、热负荷及传热面积的确定、换热器主要尺寸的确定、总传热系数的校核等。(注明公式及数据来源)(3)结构设计计算选择适宜的结构方案,进行必要的结构设计计算。主要包括管程和壳程分程、换热管尺寸确定、换热管的布置、折流板的设置等。(注明公式及数据来源)(4)绘制工艺流程图 绘制设备工艺条件图一张或设备装配示意图(2号图纸); CAD绘制。 (5)编写设计说明书 设计说明书的撰写应符合规范与要求。4参考书(1)贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计,天津大学出版社;(2)陈敏恒,丛德滋等.化工原理上册,化学工业出版社出版;(3)匡国柱.史启才.化工单元过程及设备
5、课程设计;(4)化工设计全书编辑委员会.金国淼等编.吸收设备化学工业出版社;(5)李云飞,葛克山.食品工程原理,中国农业大学出版社;(6)其它参考书。 食品工程教研室 2011年5月中文摘要本次课设题目是为年处理量为26万吨花生油换热器的设计。衡量一台换热器好的标准是传热效率高、流体阻力小、强度足够、结构合理、节省材料、成本低、制造、安装、检修方便、节省材料和空间、节省动力。由于本次设计需要用冷却介质-循环水与花生油进行换热,进出口温差又较大,因此初步决定选带膨胀节固定管板式换热器。由于花生油较水有腐蚀性,而管子及管箱用耐腐蚀材料造价低,故应使冷却水走管程,花生油走壳程。根据公式计算总传热系数
6、和传热面积。其中包括热流量,平均传热温差,加热水用量及总传热系数的计算。接着,确定工艺结构尺寸。包括管径和管内流速,管程数和传热管数,平均传热温差校正及壳程数,传热管排列和分程方法,壳体直径,折流板和接管的确定。在这之后,就要进行换热器的核算。包括传热面积校核,换热器内压降的核算。关键词:换热器 花生油 固定板管式1 概述与设计方案的选择1.1概述1.1.1换热器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。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;另一种流体则温度较低,吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器,但它的基本原理与上述情
7、形并无本质上的差别。在食品、化工、石油、动力、制冷等行业中广泛使用各种换热器,它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用,而且是一些化工单元操作的重要附属设备,因此在化工生产中占有重要地位。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。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。1.1.2 换热器的类型换热器的种类很多,根据其热量传递的方法的不同,可以分为3种形式:坚壁式、直接接触式和蓄热式。列管式换热器的应用已有很悠久的历史,现在,它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用,
8、尤其在石油、化工、能源设备等部门所使用的换热设备中,列管式换热器仍处于主导地位。虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和金属耗量等方面不及某些新型换热器,但它具有结构简单、坚固耐用、适应性强、制造材料广泛等独特的优点,因而在换热设备中仍处于主导地位。同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备,大量应用于工业中。列管换热器主要特点:(1) 耐腐蚀性:聚丙烯具有优良的耐化学品性,对于无机化合物,不论酸,碱、盐溶液,除强氧化性物料外,几乎直到100都对其无破坏作用,对几乎所有溶剂在室温下均不溶解,一般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。(2) 耐温性:聚丙烯塑料熔点为164-174,一般使用温度可
9、达110-125。(3) 无毒性:不结垢,不污染介质,也可用于食品工业。(4) 重量轻:对设备安装维修极为方便。列管式换热器主要分为以下四种:固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器 。1.1.2.1固定管板式换热器结构特点:两端和壳体连为一体,管子则固定于管板上,它的结构简单;在相同的壳体直径内,排管最多,比较紧凑;由于这种结构的壳侧清洗困难,所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时,会使管子于管板的接口脱开,从而发生介质的泄漏。适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。固定管板式换热器1封头;2法兰;3排气口;4壳体;5换
10、热管;6波形膨胀节;7折流板(或支持板);8防冲板;9壳程接管;10管板;11管程接管;12隔板;13封头;14管箱;15排液口;16定距管;17拉杆;18支座;19垫片;20、21螺栓、螺母 结构特点:两端管板只有一端与壳体完全固定,另一端则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当换热管与壳体间有温差存在,壳体或换热管膨胀时,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。缺点: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。1.1.2.2浮头式换热器结构特点:两端管板只有一端与壳体完全固定,另一端则可在
11、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当换热管与壳体间有温差存在,壳体或换热管膨胀时,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。缺点: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。适用于管壁间温差较大或易于腐蚀和易于结垢的场合。浮头式换热器1防冲板;2折流板;3浮头管板;4钩圈;5支耳1.1.2.3 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,
12、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。缺点:管内清洗困难;由于管子需要一定的弯曲半径,故管板的利用率较低;管束内程管间距大,壳程易短路;内程管子损坏不能更换,因而报废率较高。此外,其造价比管定管板式高10%左右。 U形管式换热器1中间挡板;2U形换热管;3排气口;4防冲板;5分程隔板1.1.2.4填料函式换热器填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接,另一端采用填料函密封。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。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单,制造方便,耗材少,造价也比浮头式的低;管束可以从壳体内抽出,管内
13、管间均能进行清洗,维修方便。缺点:填料函乃严不高,壳程介质可能通过填料函外楼,对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。填料函式换热器1纵向隔板;2浮动管板;3活套法兰;4部分剪切环;5填料压盖;6填料;7填料函1.1.3流动空间的选择 在管壳式换热器的计算中,首先需决定何种流体走管程,何种流体走壳程,这需遵循一些一般原则: 应尽量提高两侧传热系数较小的一个,使传热面两侧的传热系数接近。 在运行温度较高的换热器中,应尽量减少热量损失,而对于一些制冷装置,应尽量减少其冷量损失。 管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理,以保证运行的可靠性。 所以在具体设计时应综合考虑,决定哪一种流体走管程,哪一种流
14、体走壳程。1.1.4流速的确定 表1-1 换热器常用流速的范围介质流速 循环水新鲜水一般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体管程流速,m/s1.0-2.00.8-1.50.5-31.00.8-1.80.5-1.55-30壳程流速,m/s0.5-1.50.5-1.50.2-1.50.50.4-1.00.3-0.82-151.1.5 材质的选择 一般换热器常用的材料,有碳钢和不锈钢。 a 碳钢 价格低,强度较高,对碱性介质的化学腐蚀比较稳定,很容易被酸腐蚀,在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。如一般换热器用的普通无缝钢管,其常用的材料为10号和20号碳钢。 b 不锈钢 奥氏体系不锈钢以1Crl8N
15、i9Ti为代表,它是标准的18-8奥氏体不锈钢,有稳定的奥氏体组织,具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。1.1.6管程结构介质流经传热管内的通道部分称为管程。 a 换热管布置和排列问距 常用换热管规格有192 mm、252 mm、252.5 mm。标准管子的长度常用的有1500mm,2000mm,3000mm,6000mm等。当选用其他尺寸的管长时,应根据管长的规格,合理裁用,避免材料的浪费。 换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列,如下图所示。 图1-5(a) 正方形直列 图1-5(b)正方形错列 图1-5(c)三角形直列 图1-5(d)三角形错列 图
16、1-5(e)同心圆排列正三角形排列结构紧凑;正方形排列便于机械清洗;同心圆排列用于小壳径换热器,外圆管布管均匀,结构更为紧凑。我国换热器系列中,固定管板式多采用正三角形排列;浮头式则以正方形错列排列居多,也有正三角形排列。 对于多管程换热器,常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列,而在各程之间为了便于安装隔板,采用正方形排列方式。 b 管板 管板的作用是将受热管束连接在一起,并将管程和壳程的流体分隔开来。 管板与管子的连接可胀接或焊接。1.1.7 壳程结构介质流经传热管外面的通道部分称为壳程。 壳程内的结构,主要由折流板、支承板、纵向隔板、旁路挡板及缓冲板等元件组成。由于各种换热器的工艺
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- 处理 26 花生油 换热器 设计 课程设计 说明书
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