食品科學(xué)與工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)——換熱器畢業(yè)論文-展示頁
2025-07-03 22:10本頁面
【正文】 無縫鋼管。對(duì)于熱流體的溫差可根據(jù)工藝要求計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)可采取冷卻水兩端溫差為8～10℃。下表列出工業(yè)一般采用的流體流速范圍。但是流速增加，又使流體阻力增大，動(dòng)力消耗就增多。 不潔凈的或易結(jié)垢的流體宜走管程，便于清洗管子。（2）待冷卻的流體宜走殼程，便于傳熱。影響選擇結(jié)果的因素很多，主要從以下三方面考慮：（1）粘度大的流體或流量小的流體宜走管程。這次設(shè)計(jì)中的原料預(yù)熱器和塔頂全凝器的殼程走的是蒸汽所以不安裝折流板。列管式換熱器折流板的作用是；增強(qiáng)流體在管間流動(dòng)的湍流程度；增大傳熱系數(shù)；提高傳熱效率。直徑小于400mm的殼體通常用鋼管制成，大于400mm的用鋼板卷焊而成。 殼程結(jié)構(gòu) 殼程內(nèi)的結(jié)構(gòu)，主要由折流板、支承板、縱向隔板及緩沖板等元件組成。壓力較低時(shí)可采用平蓋，壓力較高時(shí)則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。封頭、管箱的確定列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋，也叫分配室。管板與管子的連接可脹接，焊接和脹焊并用。列管式換熱器管板是用來固定管束連接殼體和端蓋的一個(gè)圓形厚板，它的受力關(guān)系比較復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)選擇正三角形的排列方式。本次設(shè)計(jì)采用ф25 mm碳鋼管。在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用ф19mm2mm直徑的管子更為合理。換熱管布置和排列間距 管束的多少和長(zhǎng)短由傳熱面積的大小和換熱器結(jié)構(gòu)來決定，它的材質(zhì)選擇主要考慮傳熱效果、耐腐蝕性能、可焊性等。固定管板式換熱器主要分為管程和殼程兩大部分。固定管板式換熱器最容易出現(xiàn)的故障就是管子和管板連接部分泄漏。根據(jù)制定的流程方案，可選擇帶補(bǔ)償圈的和不帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器，此類換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，宜處理兩流體溫差50℃到70℃且殼方流體較清潔及不宜結(jié)垢的物料，流體壓強(qiáng)不高于600Kpa的情況。在具體選型時(shí)，我們需要抓住實(shí)際工況下最重要的影響因素或者說是所需換熱器要滿足的最主要目的，解決主要矛盾。 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定對(duì)于所選擇的換熱器，應(yīng)盡量滿足以下要求：具有較高的傳熱效率、較低的壓力降；重量輕且能承受操作壓力；有可靠的使用壽命；產(chǎn)品質(zhì)量高，操作安全可靠；所使用的材料與過程流體相容；設(shè)計(jì)計(jì)算方便，制造簡(jiǎn)單，安裝容易，易于維護(hù)與維修。本次換熱系統(tǒng)為精餾系統(tǒng)的換熱設(shè)備，包括原料預(yù)熱器，塔頂全凝器，塔頂產(chǎn)品冷卻器，塔底再沸器，塔底殘液冷卻器。第一章 換熱系統(tǒng)的流程方案的確定 進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求確定換熱系統(tǒng)的流程方案并選用適當(dāng)類型的換熱器，確定所選換熱器中流體的流動(dòng)空間及流速等參數(shù)，同時(shí)計(jì)算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所在地需的傳熱面積，并確定換熱器的工藝尺寸。流程方案的初步設(shè)計(jì)中，考慮使用塔底殘液的廢熱來預(yù)熱原料液，達(dá)到廢熱再利用的效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。對(duì)原料預(yù)熱器和塔頂產(chǎn)品冷凝器進(jìn)行精算，塔頂冷卻器和塔底殘葉冷卻器只作初算，而塔底再沸器不作要求。 在實(shí)際選型中，這些選擇原則往往是相互矛盾、相互制約的。本文中兩流體溫差介于50℃和70℃之間的選擇帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器，小于50℃的選擇固定管板式換熱器。固定管板式換熱器由管板、殼體、封頭等組成。所以必須注意固定管板式換熱器的連接方法和質(zhì)量。 換熱器管程由換熱管、管板、封頭或管箱組成。常用管徑和壁厚有￠192，￠25；管長(zhǎng)有1500mm、2000mm和3000mm；材料有普碳鋼或不銹鋼等。這次用到的換熱器的壓力不大，換熱器中流體沒有腐蝕性，所以選擇ф25 mm碳鋼管。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正三角形排列、同心圓排列，正三角形排列比較緊湊，管板利用率高，管外流體湍動(dòng)程度高，對(duì)流傳熱系數(shù)大，但管外清洗較困難；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。管子與管板及其連接方式的選擇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。厚度計(jì)算應(yīng)根據(jù)我國(guó)“鋼制壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定”進(jìn)行，一般采用20到30個(gè)毫米的。焊接法應(yīng)用廣泛，這次用到的換熱器內(nèi)流體溫度不高，壓力不大，所以選擇焊接的方式連接管子和管板。用以分配液體和起封頭的作用。檢修時(shí)可拆下管箱對(duì)管子進(jìn)行清洗或更換。換熱器殼體的確定根據(jù)管間壓力、直徑大小和溫差力決定它的壁厚；由介質(zhì)的腐蝕情況決定它的材質(zhì)。根據(jù)工作溫度選擇殼體材料，有防腐要求時(shí)，大多考慮使用復(fù)合金屬板。同時(shí)它還起支撐管束的作用。在列管式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，需要預(yù)先確定哪一種流體走管程，那種流體走殼程，成為流體流動(dòng)空間的選擇。將兩流體中熱阻較大的一方安排在殼程，可提高對(duì)流傳熱系數(shù)，強(qiáng)化傳熱。高壓的流體、腐蝕性的流體宜在管內(nèi)流過。飽和蒸汽一般通入殼程以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸汽較潔凈，殼程可不必清洗。流體流速的選擇增加流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。因此，應(yīng)選擇適當(dāng)流速。液體的種類一般液體易結(jié)垢液體氣體流速m／s管程－3＞15－30殼程－＞3－15為了節(jié)省水，可提高水的出口溫度，但傳熱面積就需要加大；為了減小傳熱面積，則要增加水量。缺水地區(qū)選用較大的溫度差，水源豐富地區(qū)選用較小的溫度差。接管的選擇與流體的流速和流量有關(guān)。這次設(shè)計(jì)的為酒精精餾換熱器，壓力、流量都不大，所選接管的壁厚也不大。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。這次采用單殼程多管程（4）固定管板式換熱器。 選用換熱器 熱負(fù)荷的計(jì)算，冷卻介質(zhì)用量的計(jì)算或加熱介質(zhì)用量的計(jì)算； 平均溫度差的計(jì)算，當(dāng)兩側(cè)流體均為變溫傳熱時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫度差的校正； 流動(dòng)空間的選擇； 初估總傳熱系數(shù)，計(jì)算換熱面積，初選換熱器。比較K計(jì)和K選，若K計(jì)/K選=,則初選的設(shè)備合格。、殼程壓強(qiáng)降計(jì)算出選設(shè)備的管、殼程流體的壓強(qiáng)降，如超過工藝允許的范圍，要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計(jì)算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。1. 熱負(fù)荷(傳熱速率)Q無相變傳熱 Q＝WhCph(T1T2)＝WcCpc(t2t1) 相變傳熱(蒸汽冷凝且冷凝液在飽和溫度下離開換熱器)Q＝Whr＝WcCpc(t2一t1) 式中W ——流體的質(zhì)量流量，kg／h；Cp——流體
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