1、学 号： 课 程 设 计题 目 年处理 ？万吨牛奶换热器设计学 院 环境与资源学院专 业 食品科学与工程班 级 2013 食品？班学生姓名指导教师 常海军 周文斌2015 年 12 月 31 日重庆工商大学课程设计成绩评定表学院： 环资学院 班级： 2013 食品？班 学生姓名： 学号： 优秀(100x90)良好(90x80)中等(80x7 0)及格(70x6 0) 不及格(x1.0 0.8-1.8 0.5-1.5 5-30壳程流速，m/s 0.5-1.5 0.5-1.5 0.2-1.5 0.5 0.4-1.0 0.3-0.8 2-151.5 材质的选择 一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。
2、 1.5.1 碳钢 价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。如一般换热器用的普通无缝钢管，其常用的材料为 10 号和 20 号碳钢。 1.5.2 不锈钢 奥氏体系不锈钢以 1Crl8Ni9Ti 为代表，它是标准的 18-8 奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。1.6 管程结构介质流经传热管内的通道部分称为管程。 1.6.1 换热管布置和排列问距 常用换热管规格有 192 mm、252 mm、252.5 mm。标准管子的长度常用的有 1500mm，2000mm，3000mm，6000mm 等。当选用其他尺
3、寸的管长时，应根据管长的规格，合理裁用，避免材料的浪费。 换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。(a) 正方形直列 （b）正方形错列 (c) 三角形直列 （d）三角形错列 （e）同心圆排列正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。 对于多管程换热器，常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。 1.6.2 管板 管板的作用是将受热
4、管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。 管板与管子的连接可胀接或焊接。1.7 壳程结构介质流经传热管外面的通道部分称为壳程。 壳程内的结构，主要由折流板、支承板、纵向隔板、旁路挡板及缓冲板等元件组成。由于各种换热器的工艺性能、使用的场合不同，壳程内对各种元件的设置形式亦不同，以此来满足设计的要求。各元件在壳程的设置，按其不同的作用可分为两类：一类是为了壳侧介质对传热管最有效的流动，来提高换热设备的传热效果而设置的各种挡板，如折流板、纵向挡板。旁路挡板等；另一类是为了管束的安装及保护列管而设置的支承板、管束的导轨以及缓冲板等。 1.7.1 壳体 壳体是一个圆筒形的容器，壳壁上焊有接管，供
5、壳程流体进人和排出之用。直径小于400mm 的壳体通常用钢管制成，大于 400mrn 的可用钢板卷焊而成。壳体材料根据工作温度选择，有防腐要求时，大多考虑使用复合金属板。 介质在壳程的流动方式有多种型式，单壳程型式应用最为普遍。如壳侧传热膜系数远小于管侧，则可用纵向挡板分隔成双壳程型式。用两个换热器串联也可得到同样的效果。为降低壳程压降，可采用分流或错流等型式。 壳体内径 D 取决于传热管数 N、排列方式和管心距 t。计算式如下： 单管程 0)32()1(dntc式中 t管心距，mm； d0换热管外径，mm； nc横过管束中心线的管数，该值与管子排列方式有关。 正三角形排列： 正方形排列： 多
6、管程 式中 N排列管子数目； 管板利用率。 正角形排列：2 管程 =0.70.854 管程 =0.60.8正方形排列：2 管程 =0.550.74 管程 =0.450.65壳体内径 D 的计算值最终应圆整到标准值。 1.7.2 折流板 在壳程管束中，一般都装有横向折流板，用以引导流体横向流过管束，增加流体速度，以增强传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。 折流板的型式有圆缺型、环盘型和孔流型等。 圆缺形折流板又称弓形折流板，是常用的折流板，有水平圆缺和垂直圆缺两种。切缺率(切掉圆弧的高度与壳内径之比)通常为 2050。垂直圆缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有悬浮固体粒子流体用的水
7、平热交换器等。垂直圆缺时，不凝气不能在折流板顶部积存，而在冷凝器中，排水也不能在折流板底部积存。弓形折流板有单弓形和双弓形，双弓形折流板多用于大直径的换热器中。 折流板的间隔，在允许的压力损失范围内希望尽可能小。一般推荐折流板间隔最小值为壳内径的 1/5 或者不小于 50 mm，最大值决定于支持管所必要的最大间隔。 1.7.3 壳程接管 壳程流体进出口的设计直接影响换热器的传热效率和换热管的寿命。当加热蒸汽或高速流体流入壳程时，对换热管会造成很大的冲刷，所以常将壳程接管在入口处加以扩大，即将接管做成喇叭形，以起缓冲的作用；或者在换热器进口处设置挡板。 2 设计方案简介2.1 选择换热器的类型因
8、为我们要加热的材料是果汁，流体压力不大，管程与壳层温度差较大，并考虑易清洗性，所以初步确定选用固定管板式换热器。2.2 流体流动空间及流速的确定因为本次所要处理的果汁与冷却水的进出口温差都大于 50C，所以需要焊接膨胀节。由于果汁较水有腐蚀性，而管子及管箱用耐腐蚀材料造价低,故应使果汁走管程，冷却水走壳程。考虑到要进行加热的是果汁，所以选用不锈钢材质的管。综上所述，选用带膨胀节的固定管板式换热器，选用 25*2.0 的不锈钢管，管内流速取 u=0.5m/s.（二）工艺及设备设计计算1 确定物性数据定性温度：可取流体进口温度的平均值壳程水的定性温度为： 126T管程果汁的定性温度为： t = =
9、50 08根据定性温度，查得：果汁在 50下的有关物性数据如下：密度 = 1050 kg/i3m定压比热容 =3.98 kJ/(kgK)cip,导热系数 = W/(mK)i61.0黏度 =0.00215Pasi冷却水在 11下的有关物性数据如下：密度 =999.7 kg/o3m定压比热容 =4.191 kJ/(kg)cp,导热系数 = 0.5741 W/(m)o黏度 =0.001271Pas2 计算总传热系数2.1 热流量=20003.98(80-20)=477600 kJ/h=132.7(kW)ipiitmQc,2.2 平均传热温差= （）mt90.326-2018ln)(lnt-212.3 冷却水用量kg/h139)(19.47, opitCQW
