【正文】 換熱器的設計 水冷卻牛奶 第 1 頁 設計題目：換熱器的設計 — 水冷卻牛奶 設 計 者 ： 班級 ：食品 1001 姓名 : 張紅梅 學號 :20213248 班級 ：食品 1002 姓名 : 王清 學號 :20213277 指導教師：李鳳 設計成績：進度 說明書 圖紙 總分 日 期： 年 月 日 西南科技大學 生命科學與工程學院 換熱器的設計 水冷卻牛奶 第 2 頁 目 錄 一設計任務和設計條件…………………………… 4 設計題目……………………………………… 4 設計條件……………………………………… 4 設計任務……………………………………… 4 二設計方案簡介…………………………………… 4 ………………………………………… 4 換熱器類型的選擇…………………………… 5 流徑的選擇…………………………………… 7 設計流程圖 ………………………………… 7 三．確定設計方案………………………………… 8 …………………………… 8 ………………………… 9 …………… ……………………… 9 ………………………………… 9 四．計算總傳熱系數(shù)……………………………… 10 計算熱負荷…………………………………… 10 冷卻水的用量………………………………… 10 平均溫差……………………………………… 10 估算傳熱面積………………………………… 11 初選換熱器規(guī)格 ……………………………… 11 換熱器的設計 水冷卻牛奶 第 3 頁 五、核算總傳熱系數(shù) ……………………………… 11 管側傳熱系數(shù)…………………………………… 11 殼側傳熱系數(shù)………………………………… … 12 污垢系數(shù)………………………………………… 12 總傳熱系數(shù)……………………………………… 13 面積裕度………………………………………… 13 管壁溫度………………………………………… 13 六、核算壓強降 ……………………………………… 14 管程壓強降： ……………………………………… 14 殼程壓強降 ……………………………………… 15 七、 輔助設備的計算及選型 ………………………… 16 管箱 …………………………………………………… 16 封頭 ……………… …………………………………… 16 旁路擋板 ……………………………………………… 16 折流板………………………………………………… 17 接管…………………………………………………… 17 導流筒………………………………………………… 18 、放氣孔、排氣孔 …………………………………… 18 八、設計結果一覽表 ……………………………………… 18 九 對設計的評述 ………………………………………… 12 十參考文獻 ………………………………………………… 21 換熱器的設計 水冷卻牛奶 第 4 頁 一．設計任務和設計條件 ：水冷卻牛奶 ： (1)純牛奶 處理量： 70（ 60~80 范圍選）噸 /小時、進口溫度： 100℃、出口溫度： 30℃、壓強降：管程 ＜ 80kPa 殼程 ＜ 50kPa (2)冷卻水 進口溫度： 24℃、出口溫度： 32℃ 。 ： (1)根據設計條件選擇合適的換熱器型號，并核算換熱面積、壓力降是否滿足要求，并設計管道與殼體的連接，管板與殼體的連接、折流板等。 (2)繪制列管式換熱器的裝配圖。 (3)編寫課程設計說明書。 二、設計方案簡介 換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設備，在生產中占有重要地位。由于生產規(guī)模、物料的性質、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。 按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。 根據冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。 間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。在這類換熱器中，冷、熱流體被固體壁面隔開，互不接觸，熱量從熱流體穿過壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類換熱器換熱器的設計 水冷卻牛奶 第 5 頁 適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場合。間壁式換熱器的應用廣泛，形式繁多。 直接接觸式 換熱器又稱混合式換熱器。在此類換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合傳遞熱量。該類換熱器結構簡單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場合。常見的設備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。 蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由熱流體傳給冷流體。當蓄熱體與熱流體接觸時，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度升高后，再與冷流體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達到換熱的目的。此類換熱器結構簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點 是體積龐大且不能完全避免兩種流體的混合。 常見的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固定管板式、浮頭式和 U 形管式等幾種類型 換熱器類型的選擇 根據列管式換熱器的結構特點，主要分為以下四種。以下根據本次的設計要求，介紹幾種常見的列管式換熱器。 固定管板換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結余構簡單；在相同的殼體直徑內，排管最多，比較緊湊；由于這種結構式殼測清洗困難，所以殼程宜用于不易結垢和清潔的流體。當管束和殼體之間的溫差太大而產生換熱器的設計 水冷卻牛奶 第 6 頁 不同的熱 膨脹時，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質的泄漏。 型管換熱器 U 型管換熱器結構特點是只有一塊管板，換熱管為 U 型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當殼體與 U 型環(huán)熱管由溫差時，不會產生溫差應力。 U 型管式換熱器的優(yōu)點是結構簡單，只有一塊管板，密封面少，運行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點是管內清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內程管間距大，殼程易短路；內程管子壞了不能更換，因而報廢率較高。此外，其造價比管定管板式高 10%左右 浮頭式換熱器其結構特點是兩端管板之一不與外科固定連接，可在殼體內沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時，互不約束，不會產生溫差應力；管束可以從殼體內抽搐，便與管內管間的清洗。其缺點是結構較復雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質的混合。 填料函式換熱器其特點是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產生因殼壁與管壁 溫差而引起的溫差應力。填料函式換熱器的優(yōu)點是結構較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低；管束可以從殼體內抽出，管內管間均能進行清洗，維修方便。其缺點是填料函乃嚴不高，殼程介質可能通過填料函外樓，對于易燃、易爆、有換熱器的設計 水冷卻牛奶 第 7 頁 度和貴重的介質不適用。 流徑的選擇： 在具體設計時考慮到盡量提高兩側傳熱系數(shù)較小的一個，使傳熱面兩側傳熱系數(shù)接近；在運行溫度較高的換熱器中，應盡量減少熱量損失，而對于一些制冷裝置，應盡量減少其冷量損失；管、殼程的決定應做到便于清洗除垢和修理，以保證運行的可靠性。 參考標準 ： (1) 不潔凈和易結垢的流體宜走便于清洗管子，浮頭式換熱器殼程便于清洗。 (2) 腐蝕性的流體宜走管內，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 (3) 壓強高的流體宜走管內，以免殼體受壓，其中冷卻介質循環(huán)水操作壓力高，宜走管程。 (4) 飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關系不大。 (5) 被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，增強冷卻效果。 (6) 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內，因管程流通面積常小于殼