南昌大学食品工程原理课程设计报告Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:21589353
- 上传时间:2023-01-31
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:241.67KB
南昌大学食品工程原理课程设计报告Word文档下载推荐.docx
《南昌大学食品工程原理课程设计报告Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《南昌大学食品工程原理课程设计报告Word文档下载推荐.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
所以,列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响,采取各种补偿的办法,消除或减小热应力。
根据所采取的温差补偿措施,列管式换热器可分为以下几个型式。
(1)固定管板式
壳体与传热管壁温度之差大于50°
C,加补偿圈,也称膨胀节,当壳体和管束之间有温差时,依靠补偿圈的弹性变形来适应它们之间的不同的热膨胀。
(2)浮头式
两端的管板,一端不与壳体相连,可自由沿管长方向浮动。
当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时,管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩,可完全消除热应力。
特点:
结构较为复杂,成本高,消除了温差应力,是应用较多的一种结构形式。
(3)U型管式
把每根管子都弯成U形,两端固定在同一管板上,每根管子可自由伸缩,来解决热补偿问题。
结构较简单,管程不易清洗,常为洁净流体,适用于高压气体的换热。
一、设计目的与内容:
设计一台用饱和水蒸气(表压400~500kPa)加热水的列管式固定管板换热器,水流量为85(t/h),水温由25℃加热到65℃。
确保换热器能正常工作,并且节约换热器用材,在使用过程中能节约能量,效率高的效果。
二、设计任务书:
①热负荷②传热面积③管子排列
④外壳直径及长度⑤接管直径⑥外壳及管板厚度
⑦设计主视图、左视图(部分剖)。
⑧零部件明细表,标题栏表。
三、设计方案简介
1.操作条件下流体的物性参数
蒸汽绝对压力600KPa,其相应的温度Ts=158.7℃,此时蒸汽的物性参数:
密度ρ=3.1686kg/m3汽化潜热γ=2091.1kJ/kg
水的定性温度t=45℃,此时水的物性参数:
cp=4174J/kg•℃;
μ=601.2×
10-6pa•s;
λ=0.6403
W/m2•k;
ρ=990kg/m3
2.列管式换热器型式的选择
选择:
固定板式型
3.冷热流体流程、流向的选择
冷热流体流程:
冷流体走管程,热流体走壳程
冷热流体流向:
逆流
4.换热器规格及其在管板上的排列方式
换热管规格:
Φ25×
2.5mm
换热管排列方式:
正三角型
5.列管式换热器作用:
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。
换热器的应用广泛,日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等,都是换热器。
它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。
它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
6.列管式换热器优点:
(1)换热效率高,热损失小
在最好的工况条件下,
换热系数可以达到6000W/
m2K,
在一般的工况条件下,
换热系数也可以在3000~4000
W/
m2K左右,是管壳式换热器的3~5倍。
设备本身不存在旁路,所有通过设备的流体都能在板片波纹的作用下形成湍流,进行充分的换热。
完成同一项换热过程,
板式换热器的换热面积仅为管壳式的1/
3~1/
4。
(2)占地面积小重量轻
除设备本身体积外,
不需要预留额外的检修和安装空间。
换热所用板片的厚度仅为0.
6~0.
8mm。
同样的换热效果,
板式换热器比管壳式换热器的占地面积和重量要少五分之四。
(3)污垢系数低
流体在板片间剧烈翻腾形成湍流,
优秀的板片设计避免了死区的存在,
使得杂质不易在通道中沉积堵塞,保证了良好的换热效果。
(4)检修、清洗方便
换热板片通过夹紧螺柱的夹紧力组装在一起,当检修、清洗时,
仅需松开夹紧螺柱即可卸下板片进行冲刷清洗。
(5)产品适用面广
设备最高耐温可达180
℃,
耐压2.
0MPa
特别适应各种工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝以及单元设备食品消毒等方面,
在低品位热能回收方面,
具有明显的经济效益。
各类材料的换热板片也可适应工况对腐蚀性的要求。
当然板式换热器也存在一定的缺点,
比如工作压力和工作温度不是很高,
限制了其在较为复杂工况中的使用。
同时由于板片通道较小,也不适宜用于杂质较多,颗粒较大的介质。
7.设计流程图
四、传热过程工艺计算
1.热负荷Q
Q=mscp(t2-t1)=3.942×
106W或J/s
由于热损失约3%-5%,所以Q’=Q×
1.05=4.1391×
106W或J/s
2.计算水蒸气流量
忽略热损失,则水蒸气流量为:
=
4139.1/2091.1=1.98kg/s
3.传热面积A
Q=KAΔtm。
。
。
①
取K=1200W/m2·
k
由于△tm=(△t1-△T2)/(ln(△t1/△T2)
代人数据得△tm=113℃
由①可求得A=29m2
且A,=(1.1~1.2)A
求出实际A,=1.1A=32m2
初选换热器的规格(如d、l、n、管程数级管子的排列)
已选管子直径为Φ25×
2.5mm,管内径d内=20mm
通过查表可得最接近的A值为32的标准换热器参数为:
公称直径:
400mm管程数:
1管子数:
98
换热器的实际换热面积So:
So=
=98×
3.14×
0.025×
(4.5-0.1)=33.85
该换热器所需要的总传热系数Ko:
Ko=
=1030.57
根据验算与所选换热器符合。
4.K的校正
⑴管程流通截面积A1=
=0.03077
管程水内的强制对流传热系数取管程水内的流速u=
=0.77m/s
雷诺数
所以α1=0.023×
λi/di×
(ρdu/μ)0.8×
(cμ/λ)bW/(㎡/℃)即为a1=0.023×
(Re0.8)(Prb)
当流体被加热时b=0.4,当流体被冷却时b=0.3
求得α1=4223.7W/(㎡/℃)
(2)冷凝给热系数
及K的计算
设壁温
=160℃,则平均温度
´
=2
-187.5=132.5℃
按此温度下查得液态水的物理量如下:
=0.6821W/(m
K),μ=
pa.s
=907.4kg/
=0.0233
计算得
=8169.3W/(㎡/℃)
管程污垢热阻:
Rs1=2.6×
10-4W/(㎡/℃)
壳程污垢热阻:
Rs2=1×
K的计算
计算结果得k=1270.37总传热系数裕度
符合要求
校核
(T=158.7t=70)
=132.4℃
与假设值相比,认为假设合理。
5.传热器面积核算
S=Q÷
(K×
Δtm)=27.46
换热面积裕度为
,该换热器能够完成生产任务。
五、设备结构的设计
外壳直径及长度
(1)外壳直径D
管中心距a=1.25d0=32mm
隔板中心到离其最近一排管心距为s=t/2+6=22mm则各程相邻管管心距为44mm。
已知多管程换热器D=1.05t
正三角形排列时η=0.7
求得D=400mm
(2)管板及外壳壁厚度管板厚度
①管板厚度
管板厚度=3/4d0=18.75mm
②外壳壁厚度
外壳壁厚度б=10mm
(3)折流挡板Nb
采用弓形折流板圆缺高度为壳内内径的10%到40%,则切去的圆缺高度为h=0.25×
450=112.5mm
取折流板间距B=450mm
折流板数目Nb=传热管长/折流板间距-1=9
(4)外壳长度
外壳长度:
L=l+D+0.226D+2×
S=4.9304m
六、主要附属件的选定
1.接管直径
(1)水的接管直径
接管内水流数取2.5m/s
Π/4×
d2×
u=ms/ρ
d=174mm,查标准表可取d=174mm,此时法兰d=219mm,螺丝接口d=18mm
(2)水蒸气进口直径
水蒸气进口流速取10m/s
蒸汽压力600kPa,密度ρ=3.1686kg/m3汽化潜热γ=2091.1kJ/kg
MS=π/4×
ρ×
u
d=282mm,查标准表可取d=282mm,此时法兰d=325mm,螺丝接口d=18mm
(3)不凝性气体出口管径
Φ76×
3mm
(4)冷凝水出口管径
Φ282×
6mm
2、换热器内流体的流动阻力
(1)管程流动阻力
(Ft结垢校正系数,Np管程数,Ns壳程数)
由Re=25076,取传热管管壁相对粗糙度为0.01mm,则
,查图——摩擦系数与雷诺准数及相对粗糙度的关系得
,流速,u=0.77m/s,
=990kg/m3,所以:
=2542.3
=880.5
对于Ø
25mm×
2.5mm的管子有
,且
,
(3682.6+1913)
2
1.5=10268.4pa
管程流动阻力在允许范围之内。
(2)壳程阻力
流体流经管束的阻力
公式中F——管子排列方式对压力降的校正系数,正三角形排列F=0.5
——壳程流体的摩擦系数,当Re>
500时,
=0.3887
——横过管束中心线的管数,
≈11
折流板间距B=0.45m,折流板数
=9,壳程流通截面积
壳程流体流速为
0.5
0.3887
110
=3670Pa
流体流经折流板缺口的阻力
=1931.5Pa
总阻力
3670+1931.5=5601.5Pa
壳程流动阻力也比较适宜。
8.折流挡板
折流挡板类型:
单缺口
折流挡板间距:
450mm
折流挡板厚度:
12mm
9.其他附件
(1)拉杆
拉杆直径=12mm,其数量不少于十根
(2)防冲挡板定距管
此壳程大小应设置防冲挡板定距管直径=16mm
(3)支架
高200mm,底长75mm
七、设计结果的汇集
换热器型式:
列管式固定板式换热器
换热器面积m2:
28.7
工艺参数
物料名称
水
水蒸气
操作压力,kPa
400-500
600
操作温度。
℃
25/65
158.7/158.7
流量,kg/h
85
1.98
密度,kg/m3
990
3.1686
流速,m/s
1.135
10
传热量,kw
4139.1
总传热系数,W/(㎡×
℃)
1037.1
污垢系数,(℃/m2)/W
2.6×
10-4
1
管程数
使用材料
不锈钢
管子规格
Φ25×
2.5
管数98
管长4500mm
管心距,mm
32
排列方式
正三角形
折流板形式
上下
间距/切口高度
450mm/100mm
壳体内径,mm
400
八、主要符号说明
P——压力,Pa;
Q——传热速率,W;
R——热阻,(℃/m2)/W;
Re——雷若准数;
S——传热面积,m2;
t——冷流体温度,℃;
T——热流体温度,℃;
u——流速,m/s;
qm——质量流速,t/h;
h——表面传热系数,W/(㎡℃);
λ——导热系数,W/(㎡/℃);
μ——粘度,Pa×
s;
ρ——密度,kg/m3;
A——传热面积,m2;
Pr——普朗特系数;
Nb——折流挡板数;
K——总传热系数,W/(㎡℃);
qv——体积流量;
Nt——管程;
△tm——平均传热温差,℃;
九、设计心得
为期一个星期的课程设计总算结束了。
尽管在设计的过程中,我碰到了各种各样的困难,但是在自己的努力以及同学的帮助下,我都将它们一一克服了。
尽管其中的过程很辛苦,但是通过这次课程设计,我学到了很多东西,收获很大。
在两年的大学生活中,我们在课堂里学到的仅仅是基础课和专业课的理论知识,而并没有把它们运用到实践中去。
这次的课程设计是一个综合性很强的锻炼。
从刚刚拿到任务时的茫然,到整个完成设计时的喜悦,整个过程除了如何学会查找合适的数据,计算之外,最重要的是锻炼了独立思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中,大到选择公式和参数,小到编辑公式,从最初的惧怕心理,到后来的熟练计算,每一个步骤都是自己努力的成果。
虽然最后的设计书还有很多不足之处,但是自己能够独立完成一项工作还是一件值得高兴的事,让我对以后的课程任务更多了一份信心。
十、参考文献
1.冯骉.食品工程原理[M].北京:
中国轻工业出版社,2009.82.贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津:
天津大学出版社,2002.8
3.罗舜菁,刘成梅,张继鉴,食品工程原理[M].北京:
化学工业出版社,2010
4.李芳,化工原理及设备课程设计[M].北京:
化学工业出版社,2011
5谭天恩,化学原理[M].北京:
化学工业出版社,2008
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 南昌大学 食品 工程 原理 课程设计 报告