果汁课程设计任务书.docVIP

一、课程设计任务书 1.设计任务： 某生产过程中，需要将从反应器出来的高温果汁冷却。冷却介质为循环水池内的池水。试设计一个换热器，并选择一台冷却水输送泵，完成将果汁冷却的任务。 2.设计条件： （1）.果汁流量=5700（kg/h）； （2）.果汁初始温度80℃，冷却后的温度为38℃。 （3）.循环水池内水的入口温度：16℃，出口温度：24℃。要求进入换热器时的压力不小于0.2MPa。 （4）.冷却水输送系统，泵进口段管长5米，标准90°弯头1个，底阀1个；泵出口段管长14米，标准90°弯头2个；球阀1个。水池水面距换热器进水口的垂直距离为6米。 二、设计方案的确定 1.选择换热器的类型 由设计条件可知，果汁需要从80℃冷却至38℃，循环水（16℃）作为冷却剂。考虑到管板式换热器效率高，紧凑灵活，冬季操作时温度较低，管壁问和壳壁温相差较大，因此确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。 2.管程安排 由于循环冷却水交易结垢，为便于水垢清洗，使循环水走管程，果汁走壳程，选用的碳钢管，管内流速ui=1m/s 三、确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程果汁的定性温度为：（℃） 管程流体的定性温度：（℃） 根据定性温度，查取果汁和水的有关五行数据： 由于果汁大部分有水组成，其物性特征和水基本相似。故以水为基准估计果汁在59℃下的物性数据如下： 密度： 定压比热容： 导热系数： 粘度： 循环冷却水在20℃下的物性数据： 密度： 定压比热容： 导热系数： 粘度： 四 总传热系数 1.热流量 2.平均热温差 3.冷却水用量 五 传热面积 假设总传热系数 考虑15%的面积裕度， 六 工艺结构尺寸 1.管径和管内流速 选用传热管，取管内流速 2.管程数和传热管数 取整数17根 按单程管计算，所需的传热管长度为m 按单程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m则该换热器管程数为取整为4 传热管总根数： 3.平均传热温差矫正及壳程数 平均传热温差系数 按单壳程，双管结构，温差校正系数应查有关图表。但R=5.25的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P，查同一曲线，可得，平均传热温差， ℃ 4.传热管排列，隔板两侧采用正方形排列 取管心距 横过管束中心线的管数 5.壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率，则壳体内径为 圆整可取D=450mm 6.折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为mm，故可取h=110mm 取折流板间距B=0.3D,则，可取B为160 折流板数NB=传热管长/折流板间距-1=8000/160-1=49（块）。折流板圆缺面水平装配。 7.接管 壳程流体进出口接管：去接管内果汁流速为u=1.5m/s，则接管内径为 ，所以取标准管内径为36mm 管程流体进出后接管：取接管口内循环水流速u=2m/s，则接管内径为 七 换热器核算 1 热量核算 （1）壳程对流传热系数对圆缺折流板，可采用凯恩公式 当量直径，有正三角排列的 壳程流通面积 壳程流体流速及其雷诺指数分别为 普兰特指数 粘度校正 （2）管程对流传热系数 管程流通截面积 管程流体流速 m/s 普特兰准数 （3）传热系数 污垢热阻： w/(m*℃) （4）传热面积S 该换热器的实际传热面积Sp 该换热器的面积裕度为 传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务 2 换热器内流体的流动阻力 1）管程流动阻力 Ns=1，Np=2，Ft=1.4 由Re=11789，传热管相对粗糙度0.2/20=0.01，查莫狄图 流速，，所以 管程流动阻力在允许范围内。 2）壳程阻力 Ns=1，Ft=1.16 流体流经管束的阻力 F=0.5 (pa) 流体流过折流板缺口的阻力 B=0.16（m），D=0.45（m） （pa） 总阻力（pa） 壳程流动阻力也比较适宜。 3）换热器主要结构尺寸和计算结果。 表1 换热器主要结构尺寸和计算结果 名称 壳程 管程 物料名称 果汁 水 操作压力，Mpa 0.2 0.2 操作温度，℃ 80~38 24~16 流量，kg/h 5700 22806 流体密度，kg/m 1060 998.2 流速，m/s 0.095 0.593 传热量，kW 212.002 总传热系数，W/m2·℃ 513.9 污垢系数，m2·℃/W 989.95 2712.7 阻力降，pa 1808.8 8055.62 程数推荐使用材料 无缝碳钢 无缝碳钢 管子规格 ∮25×2.5 管数 68 管长，m 6 管间距，mm 32 排列方式 每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列 上下 间距，mm 160 切口高度 110 壳体内径，mm