食品工程原理——列管式換熱器課程設(shè)計(編輯修改稿)
2024-07-21 14:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 奧氏體系不銹鋼以 1Crl8Ni9Ti 為代表，它是標(biāo)準(zhǔn)的 188 奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。 管程結(jié)構(gòu)介質(zhì)流經(jīng)傳熱管內(nèi)的通道部分稱為管程。 換熱管布置和排列問距 常用換熱管規(guī)格有 ф192 mm、ф252 mm、ф25 mm。標(biāo)準(zhǔn)管子的長度常用的有 1500mm，2022mm，3000mm，6000mm 等。當(dāng)選用其他尺寸的管長時，應(yīng)根據(jù)管長的規(guī)格，合理裁用，避免材料的浪費。 換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列，如下圖所示。 (a) 正方形直列 （b）正方形錯列 (c) 三角形直列 （d）三角形錯列 （e）同心圓排列正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。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。 對于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。 管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。 管板與管子的連接可脹接或焊接。 殼程結(jié)構(gòu)介質(zhì)流經(jīng)傳熱管外面的通道部分稱為殼程。 殼程內(nèi)的結(jié)構(gòu)，主要由折流板、支承板、縱向隔板、旁路擋板及緩沖板等元件組成。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場合不同，殼程內(nèi)對各種元件的設(shè)置形式亦不同，以此來滿足設(shè)計的要求。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。旁路擋板等；另一類是為了管束的安裝及保護(hù)列管而設(shè)置的支承板、管束的導(dǎo)軌以及緩沖板等。 殼體 殼體是一個圓筒形的容器，殼壁上焊有接管，供殼程流體進(jìn)人和排出之用。直徑小于 400mm 的殼體通常用鋼管制成，大于 400mrn 的可用鋼板卷焊而成。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。 介質(zhì)在殼程的流動方式有多種型式，單殼程型式應(yīng)用最為普遍。如殼側(cè)傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)小于管側(cè)，則可用縱向擋板分隔成雙殼程型式。用兩個換熱器串聯(lián)也可得到同樣的效果。為降低殼程壓降，可采用分流或錯流等型式。 殼體內(nèi)徑 D 取決于傳熱管數(shù) N、排列方式和管心距 t。計算式如下： 單管程 0)3~2()1(dntc??? 式中 t——管心距，mm； d0——換熱管外徑，mm； nc——橫過管束中心線的管數(shù)，該值與管子排列方式有關(guān)。 正三角形排列： 正方形排列： 多管程 式中 N——排列管子數(shù)目； η ——管板利用率。 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。 折流板 在殼程管束中，一般都裝有橫向折流板，用以引導(dǎo)流體橫向流過管束，增加流體速度，以增強(qiáng)傳熱；同時起支撐管束、防止管束振動和管子彎曲的作用。 折流板的型式有圓缺型、環(huán)盤型和孔流型等。 圓缺形折流板又稱弓形折流板，是常用的折流板，有水平圓缺和垂直圓缺兩種。切缺率(切掉圓弧的高度與殼內(nèi)徑之比)通常為 20％~50％。垂直圓缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有懸浮固體粒子流體用的水平熱交換器等。垂直圓缺時，不凝氣不能在折流板頂部積存，而在冷凝器中，排水也不能在折流板底部積存。弓形折流板有單弓形和雙弓形，雙弓形折流板多用于大直徑的換熱器中。 折流板的間隔，在允許的壓力損失范圍內(nèi)希望盡可能小。一般推薦折流板間隔最小值為殼內(nèi)徑的 1/5 或者不小于 50 mm，最大值決定于支持管所必要的最大間隔。 殼程接管 殼程流體進(jìn)出口的設(shè)計直接影響換熱器的傳熱效率和換熱管的壽命。當(dāng)加熱蒸汽或高速流體流入殼程時，對換熱管會造成很大的沖刷，所以常將殼程接管在入口處加以擴(kuò)大，即將接管做成喇叭形，以起緩沖的作用；或者在換熱器進(jìn)口處設(shè)置擋板。 2 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果汁，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。 流體流動空間及流速的確定因為本次所要處理的果汁與冷卻水的進(jìn)出口溫差都大于 50176。C，所以需要焊接膨脹節(jié)。由于果汁較水有腐蝕性，而管子及管箱用耐腐蝕材料造價低,故應(yīng)使果汁走管程，冷卻水走殼程?？紤]到要進(jìn)行加熱的是果汁，所以選用不銹鋼材質(zhì)的管。綜上所述，選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，選用 Ф25* 的不銹鋼管，管內(nèi)流速取 u=（二）工藝及設(shè)備設(shè)計計算1 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值殼程水的定性溫度為： ℃126??T管程果汁的定性溫度為： t
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