【正文】 換熱器的設(shè)計(jì) 水冷卻牛奶 第 1 頁(yè) 設(shè)計(jì)題目：換熱器的設(shè)計(jì) — 水冷卻牛奶 設(shè) 計(jì) 者 ： 班級(jí) ：食品 1001 姓名 : 張紅梅 學(xué)號(hào) :20213248 班級(jí) ：食品 1002 姓名 : 王清 學(xué)號(hào) :20213277 指導(dǎo)教師：李鳳 設(shè)計(jì)成績(jī)：進(jìn)度 說(shuō)明書(shū) 圖紙 總分 日 期： 年 月 日 西南科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院 換熱器的設(shè)計(jì) 水冷卻牛奶 第 2 頁(yè) 目 錄 一設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件…………………………… 4 設(shè)計(jì)題目……………………………………… 4 設(shè)計(jì)條件……………………………………… 4 設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………… 4 二設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介…………………………………… 4 ………………………………………… 4 換熱器類(lèi)型的選擇…………………………… 5 流徑的選擇…………………………………… 7 設(shè)計(jì)流程圖 ………………………………… 7 三．確定設(shè)計(jì)方案………………………………… 8 …………………………… 8 ………………………… 9 …………… ……………………… 9 ………………………………… 9 四．計(jì)算總傳熱系數(shù)……………………………… 10 計(jì)算熱負(fù)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(shè)計(jì) 水冷卻牛奶 第 3 頁(yè) 五、核算總傳熱系數(shù) ……………………………… 11 管側(cè)傳熱系數(shù)…………………………………… 11 殼側(cè)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(qiáng)降 ……………………………………… 14 管程壓強(qiáng)降： ……………………………………… 14 殼程壓強(qiáng)降 ……………………………………… 15 七、 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 ………………………… 16 管箱 …………………………………………………… 16 封頭 ……………… …………………………………… 16 旁路擋板 ……………………………………………… 16 折流板………………………………………………… 17 接管…………………………………………………… 17 導(dǎo)流筒………………………………………………… 18 、放氣孔、排氣孔 …………………………………… 18 八、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 ……………………………………… 18 九 對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述 ………………………………………… 12 十參考文獻(xiàn) ………………………………………………… 21 換熱器的設(shè)計(jì) 水冷卻牛奶 第 4 頁(yè) 一．設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件 ：水冷卻牛奶 ： (1)純牛奶 處理量： 70（ 60~80 范圍選）噸 /小時(shí)、進(jìn)口溫度： 100℃、出口溫度： 30℃、壓強(qiáng)降：管程 ＜ 80kPa 殼程 ＜ 50kPa (2)冷卻水 進(jìn)口溫度： 24℃、出口溫度： 32℃ 。 ： (1)根據(jù)設(shè)計(jì)條件選擇合適的換熱器型號(hào)，并核算換熱面積、壓力降是否滿(mǎn)足要求，并設(shè)計(jì)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(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門(mén)的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類(lèi)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(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類(lèi)：混合式、蓄熱式、間壁式。 間壁式換熱器又稱(chēng)表面式換熱器或間接式換熱器。在這類(lèi)換熱器中，冷、熱流體被固體壁面隔開(kāi)，互不接觸，熱量從熱流體穿過(guò)壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類(lèi)換熱器換熱器的設(shè)計(jì) 水冷卻牛奶 第 5 頁(yè) 適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場(chǎng)合。間壁式換熱器的應(yīng)用廣泛，形式繁多。 直接接觸式 換熱器又稱(chēng)混合式換熱器。在此類(lèi)換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合傳遞熱量。該類(lèi)換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場(chǎng)合。常見(jiàn)的設(shè)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(chēng)回流式換熱器或蓄熱器。此類(lèi)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(dāng)蓄熱體與熱流體接觸時(shí)，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(dá)到換熱的目的。此類(lèi)換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點(diǎn) 是體積龐大且不能完全避免兩種流體的混合。 常見(jiàn)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(lèi)型 換熱器類(lèi)型的選擇 根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求，介紹幾種常見(jiàn)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(jié)余構(gòu)簡(jiǎn)單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測(cè)清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生換熱器的設(shè)計(jì) 水冷卻牛奶 第 6 頁(yè) 不同的熱 膨脹時(shí)，用使用管子于管板的接口脫開(kāi)，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。 型管換熱器 U 型管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(dāng)殼體與 U 型環(huán)熱管由溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。 U 型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一塊管板，密封面少，運(yùn)行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點(diǎn)是管內(nèi)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(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。此外，其造價(jià)比管定管板式高 10%左右 浮頭式換熱器其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與外科固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱(chēng)為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)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(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。 填料函式換熱器其特點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁 溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有換熱器的設(shè)計(jì) 水冷卻牛奶 第 7 頁(yè) 度和貴重的介質(zhì)不適用。 流徑的選擇： 在具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè)，使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近；在運(yùn)行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，而對(duì)于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量損失；管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運(yùn)行的可靠性。 參考標(biāo)準(zhǔn) ： (1) 不潔凈和易結(jié)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(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 (3) 壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，其中冷卻介質(zhì)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(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。 (5) 被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，增強(qiáng)冷卻效果。 (6) 需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼