【正文】 .《食品工程原理》，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版 社； （ 6）其它參考書。由于花生油較水有腐蝕性，而管子及管箱用耐腐蝕材料造價低 ,故應(yīng)使冷卻水走管程，花生油走殼程。包括管徑和管內(nèi)流速，管程數(shù)和傳熱管數(shù)， 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)， 傳熱管排列和分程方法，殼體直徑，折流板和接管的確定。 在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。 同時板式換熱器也已成為高效、緊湊的換熱設(shè)備，大量應(yīng)用于工業(yè)中。 (4) 重量輕：對設(shè)備安裝維修極為方便。 適用于溫差 不大或溫差較大但殼程壓力不高的場合。 浮頭式換熱器 結(jié)構(gòu)特點：兩端管板只有一端與殼體完全固定，另一端則可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮， 該端稱為浮頭。 U 型管換熱器 U 型管換熱器結(jié)構(gòu)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。此外，其造價比管定管板式高 10%左右。填料函式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)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(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。 ③ 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。如一般換熱器用的普通無縫鋼管，其常用的材料為 10 號和 20 號碳鋼。 標(biāo)準(zhǔn)管子的長度常用的有 1500mm， 2021mm， 3000mm， 6000mm 等。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。 管板與管子的連接可脹接或焊接。各元件在殼程的設(shè)置，按其不同的作用可分為兩類：一類是為了殼側(cè)介質(zhì)對傳熱管最有效的流動，來提高換熱設(shè)備的傳熱效果而設(shè)置的各種擋板，如折流板、縱向擋板。殼體材料根據(jù)工作溫度選擇，有防腐要求時，大多考慮使用復(fù)合金屬板。為降低殼程壓降，可采用分流或錯流等型式。 正角形排列： 2 管程 η =～ 4 管程 η =～ 正方形排列： 2 管程 η =～ 4 管程 η =～ 殼體內(nèi)徑 D的計算值最終應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。切缺率 (切掉圓弧的高度與殼內(nèi)徑之比 )通常為 20％ ~50％。 折流板的間隔，在允許的壓力損失范圍內(nèi)希望 盡可能小。 設(shè)計方案簡介 選擇換熱器的類型 因為我們要加熱的材料是花生油，流體壓力不大，管程與殼層溫度差較大，并考慮易清洗性，所以初步確定選用固定 管板式換熱器。 考慮到要進(jìn)行加熱的是花生油，所以選用不銹鋼材質(zhì)的管?！?) 導(dǎo)熱系數(shù) i? = W/(m0 0 0 0 01 0 5 % 1 .0 5 1 .0 5 3 2 8 2 8 2 .2 2 ( 1 0 0 4 5 ) 4 2 0 8 7 1 3 .7 4 1 1 6 9 .0 9pQ Q m c t k J h k w? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 平均傳熱溫差 先按照純逆流計算，由《食品工程原理》六十一頁查得 1212( 100 35 ) ( 45 15 ) lnln 30mttt tt? ? ? ? ? ?? ? ? ???℃ 傳熱面積 （ 1）管程傳熱系數(shù) 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計 12 由《食品工程原理》 四十一頁 查得 40 .0 2 1 .0 9 9 6 .9 5R e 2 2 0 8 89 .0 2 7 1 0i i iidu ?? ???? ? ?? 4 1 8 0 0 . 0 0 0 9 0 2 7Pr 6 . 2 0 80 . 6 0 7 8PC ?? ?? ? ? (2)殼程傳熱系數(shù) 由《食品工程原理》四十頁得 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)是 20 700 ( )W m K? ?? 污垢熱阻 ? ( 2m ? ℃ ) / W ? ( 2m ? ℃ ) / W 管壁的導(dǎo)熱系數(shù) 45?? W /( m ? ℃ ) 由《食品工程原理》查得 0000001ln1??? ?????siisiiiRdddddRddK W/( 2m 現(xiàn)取非標(biāo)準(zhǔn)傳熱管長 l =9m，則該換熱器的管程數(shù)為 : Np = 29Ll ?? (管程 ) 傳熱管總根數(shù)為： N= 45 2 90( )?? 根 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 由《食品工程原理》六十一頁查得 R = 1 0 0 4 5 2 . 7 53 5 1 5????熱 流 體 的 溫 降冷 流 體 的 溫 升 P = 3 5 1 5 = 0 . 2 3 51 0 0 1 5?? ?冷 流 體 的 溫 升兩 流 體 的 最 初 溫 升 按單殼程，二管程結(jié)構(gòu)， 《食品工程原 理》六十二頁 溫度 校正系數(shù) 查表得： t?? = 由 《食品工程原理》公式 259 得： 平均傳熱溫差 mt? = 23tmt? ? ?? ? ? ? ℃ 傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。 接管 殼程流體進(jìn)出口接管 :取接管內(nèi)流速為 u= m/s,則接管內(nèi)徑為： 4Vd= u? ? ( 4 5 0 3 4 3 . 4 7 ) ( 3 6 0 0 9 9 6 . 9 5 ) = 0 . 1 3 4 m3 . 1 4 1 . 0??? 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 140 mm 。 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計 17 （ 2）殼程阻力 由任曉光《化工原理課程設(shè)計指導(dǎo)》第七頁查得 殼程總壓降 0()s ip sp p p F? ? ? ? ? 管束壓降 2000 ( 1 ) 2T C B up F f N N ?? ? ? 折流板缺口壓降 202( 3 .5 ) 2ip B uBpN D ?? ? ? 1 .1 5sF ? 殼 程 壓 力 降 結(jié) 垢 校 正 系 數(shù) ， 對 液 體 可 取 00 0 0 0 e 0uf 50 0 f = BTCeNNBDFSRR????????折 流 板 數(shù) 目橫 過 管 束 中 心 線 的 管 子 數(shù)折 流 擋 板 間 距殼 體 內(nèi) 徑管 子 排 列 形 式 對 壓 降 的 校 正 因 數(shù) ， 對 三 角 形 排 列 為按 殼 程 流 通 截 面 積 為 計 算 所 得 的 殼 程 流 速殼 程 流 體 摩 擦 因 數(shù) ， 當(dāng) 時 ， 流體流經(jīng)管束的壓降 2000 ( 1 ) 2T C B up F f N N ?? ? ? 20 . 4 9 3 8 4 5= 0 . 5 0 . 4 2 9 1 2 4 5 = 1 1 8 9 4 . 42 ?? ? ? ?Pa 流體流過折流板缺口的壓降 202( 3 .5 ) 2ip B uBpN D ?? ? ?22 0 . 2 0 . 4 9 3 8 4 5= 4 4 ( 3 . 5 ) = 1 2 1 9 9 . 40 . 5 2??? ? ?Pa 總阻力 0()s ip sp p p F? ? ? ? ? = + =?（ ） 30 KPa 殼程流動阻力也比較適宜?！?/W 阻力降， Pa 程數(shù) 1 2 推薦使用材料 不銹鋼 不銹鋼 管子規(guī)格，mm ∮ 25 管數(shù) 90 管長， mm 9000 管間距， mm 32 排列方式 正三角形 折流板型式 弓形上下 間距， mm 200 切口高度25% 殼體內(nèi)徑，mm 500 保溫層厚度， mm 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計 19 討論 該換熱器是專為冷卻花生油設(shè)計的，嚴(yán)格按照國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。然后根據(jù)熱量衡算公式 ? ?1 2 1 2()h p h h h c p c c cQ W c T T W c T T? ? ? ?求得熱流量為 ，由于換熱器存在熱損失，以總傳熱量的 5%計，求得冷卻水的質(zhì)量流量為 ,然后初算平均傳熱溫差 39。 進(jìn)行工藝尺寸的計算：再次確定選用的材料管徑為 ? 25mm 的不銹鋼鋼管及管內(nèi)流速為 m/s，依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)約為 45 根，按單程管計算，所需的傳熱管長度為 ,選取 9 米的傳熱管，則換熱器管程數(shù)為 2，傳熱管總根數(shù)為 90 根。殼體內(nèi) D 值圓整可取 500mm。 理論傳熱面積 S 為 ㎡，實際傳熱面積pS值為 ㎡，由此求得實際面積裕度為%，在允許范圍之內(nèi)。從最初接到課程設(shè)計任務(wù)書的一頭霧水到現(xiàn)如今已基本掌握思路，我覺得這是一個自我成長的過程。 吉林化工學(xué)院食品工程原理課