【正文】 作條件 （ 1）花生油：入口溫度 100℃ ，出口溫度 45℃ 。 （ 2） 冷卻介質(zhì)：采用循環(huán)水，入口溫度 15℃ ，出口溫度 35℃ ； 井水，入口壓強(qiáng) 。 （ 4） 花生油定性溫度下的物性數(shù)據(jù) c)w /(m .c)/(k g .k g /m8 4 50c0pc4c3c???????JP＝ （ 5）允許壓強(qiáng)降：不大于 30kPa。 （ 7）油側(cè)污垢熱阻 m2K /W。 （ 2） 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 包括選擇適宜的換熱器并進(jìn)行核算，主要包括物料衡算和熱量衡算、熱負(fù)荷及傳熱面積的確定、換熱器主要尺寸的確定、總傳熱系數(shù)的校核等。主要包括管程和殼程分程、換熱管尺寸確定、換熱管的布置、折流板的設(shè)置等。 （ 5）編寫設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)說明書的撰寫應(yīng)符合規(guī)范與要求。 食品工程教研室 2020 年 5月 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì) 3 中文摘要 本次課設(shè)題目是為年處理量為 26萬噸花生油換熱器的設(shè)計(jì)。 由于本次設(shè)計(jì)需要用冷卻介質(zhì) 循環(huán)水與花生油進(jìn)行換熱，進(jìn)出口溫差又較大，因此初步?jīng)Q定選帶膨脹節(jié)固定管板式換熱器。根據(jù)公式計(jì)算總傳熱系數(shù)和傳熱面積。接著，確定工藝結(jié)構(gòu)尺寸。在這之后，就要進(jìn)行換熱器的核算。 關(guān)鍵詞：換熱器 花生油 固定板管式 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì) 4 1 概述與設(shè)計(jì)方案的選擇 概述 換熱器 在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡(jiǎn)稱為換熱器。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上流體參加換熱的換熱器，但它的基本原理與上述情形并無本質(zhì)上的差別。 隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點(diǎn)，性能各異。 換熱器的類型 換熱器的種類很多，根據(jù)其熱量傳遞的方法的不同，可以分為 3種形式：堅(jiān)壁式、直接接觸式和蓄熱式。雖然列管式換熱器在傳熱效率、緊湊性和金屬耗量等方面不及某些新型換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、適應(yīng)性強(qiáng)、制造材料廣泛等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而在換熱設(shè)備中仍處于主導(dǎo)地位。 列管換熱器主要特點(diǎn)： (1) 耐腐蝕性：聚丙烯具有優(yōu)良的耐化學(xué)品性，對(duì)于無機(jī)化合物，不論酸，堿、鹽溶液，除強(qiáng)氧化性物料外，幾乎直到 100℃都對(duì)其無破壞作用，對(duì)幾乎所有溶劑在室溫下均不溶解，一般烷、徑、醇、酚、醛、酮類等介質(zhì)上均可使用。 (3) 無毒性：不結(jié)垢，不污染介質(zhì)，也可用于食品工業(yè)。 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì) 5 列管式換熱器主要分為以下四種：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、 U 形管式換熱 器、填料函式換熱器 。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時(shí)，會(huì)使管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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。 缺點(diǎn)：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。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)換熱管與殼體間有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時(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。 固定管板式換熱器 1— 封頭； 2— 法蘭； 3— 排氣口； 4— 殼體； 5— 換熱管； 6— 波形膨脹節(jié)； 7— 折流板（或支持板）； 8— 防沖板； 9— 殼程接管；10— 管板； 11— 管程接管； 12— 隔板； 13— 封頭； 14— 管箱；15— 排液口； 16— 定距管； 17— 拉桿； 18— 支座； 19— 墊片； 21— 螺栓、螺母 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì) 6 適用于管壁間溫差較大或易于腐蝕和易于結(jié)垢的場(chǎng)合。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。 缺點(diǎn)：管內(nèi)清洗困難；由于管子需要一定的彎曲半徑 ，故管板的利用率較低；管束內(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子損壞不能更換，因而報(bào)廢率較高。 填料函式換熱器 填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖 14所示。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。 缺 點(diǎn)：填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的浮頭式換熱器 1— 防沖板； 2— 折流板； 3— 浮頭管板； 4— 鉤圈； 5— 支耳 U形管式換熱器 1— 中間擋板； 2— U形換熱管； 3— 排氣口； 4— 防沖板； 5— 分程隔板 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì) 7 介質(zhì)不適用。 ② 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。 所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮，決定哪一種流體走管程，哪一種流體走殼 程。 a 碳鋼 價(jià)格低，強(qiáng)度較高，對(duì)堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用是合理的。 填料函式換熱器 1— 縱向隔板； 2— 浮動(dòng)管板； 3— 活套法蘭； 4— 部分剪切環(huán)； 5— 填料壓蓋； 6— 填料； 7— 填料函 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì) 8 b 不銹鋼 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。 a 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 。當(dāng)選用其他尺寸的管長時(shí)，應(yīng)根據(jù)管長的規(guī)格，合理裁用，避免材料的浪費(fèi)。 圖 15(a) 正方形直列 圖 15（ b）正方形錯(cuò) 列 圖 15(c)三角形直列 圖 15（ d）三角形錯(cuò)列 圖 15（ 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。 對(duì)于多管程換熱器，常采用組合排列方式。 b 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。 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì) 9 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。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場(chǎng)合不同，殼程內(nèi)對(duì)各種元件的設(shè)置形式亦不同，以此來滿足設(shè)計(jì)的要求。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。直徑小于 400mm的殼體通常用鋼 管制成，大于 400mm 的可用鋼板卷焊而成。 介質(zhì)在殼程的流動(dòng)方式有多種型式，單殼程型式應(yīng)用最為普遍。用兩個(gè)換熱器串聯(lián)也可得到同樣的效果。 殼體內(nèi)徑 D取決于傳熱管數(shù) N、排列方式和管心距 t。 正三角形排列： N? 正方形排列： N? 多管程 D N /?? 式中 N—— 排列管子數(shù)目； η —— 管板利用率。 吉林化工學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì) 10 b 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(shí)起支撐管束、防止管束振動(dòng)和管子彎曲的作用。 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。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。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。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。當(dāng)加熱蒸汽或高速流體流入殼程時(shí)，對(duì)換熱管會(huì)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。 流體流動(dòng)空間及流速的確定 因?yàn)楸敬嗡幚淼幕ㄉ团c冷卻水的進(jìn)出口溫差都大于 50176。 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(jià)低 ,故應(yīng)使冷卻水走管程，花生油走殼程。 綜上所述，選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，選用φ 25mm