天津理工大学
固定管板式换热器设计说明书
专业：过程装备与控制工程
姓名：
学号：
届：2008
指导教师：
目录
一.确定设计方案 (2)
（1）设计内容与要求 (2)
（2）换热器的类型选择及流程安排 (2)
二.工艺计算 (3)
（1）确定物性参数 (3)
（2）估算传热面积 (3)
（3）传热管排列及分程 (4)
三.部件结构设计 (6)
（1）壳体内径 (6)
（2）折流板、拉杆和缓冲挡板 (6)
（3）接管及其计算 (5)
（4）分程隔板与分程隔板槽 (7)
（5）封头 (7)
（6）鞍座 (8)
（7）换热管与管板的连接 (8)
四.换热器核算 (8)
（1）换热器核算 (8)
五.设计结果概要 (10)
一.确定设计方案
（1）设计内容与要求
1.设计条件：
⑴设计一列管式换热器,处理鲜奶3000升/小时,主要用于加热杀菌操作。
⑵设计依据:冷奶温度25℃,采用高温短时杀菌,加热至85℃
⑶加热蒸汽采用锅炉房送出的饱和水蒸气，其压力
p=0.199Mpa(表压);
⑷设计压力:0.199Mpa；
2.设备类型：列管式换热器；
3.图纸：设备装配图一张，采用A1图纸；零件图采用A2图纸。（2）换热器的类型选择及流程安排
1.选择换热器类型：
饱和水蒸气的压力为0.199Mpa，饱和水蒸汽的该压力下温度120℃。牛奶的进口温度25℃，出口温度85℃。其定性温度为：（25℃+85℃）/2=55℃。
2.流程安排：
饱和水蒸气通入壳程，便于排出冷凝水；牛奶通入管程，便于提高流速，增大传热膜系数。
二.工艺计算
（1）确定物性参数
1.定性温度
取流体进出口温度的平均值。
饱和水蒸气：T=(120℃+120℃)/2=120℃
鲜牛奶:t=(25℃+85℃)/2=55℃
2.根据定性温度查出有关物性参数（根据饱和水蒸气物性参数表）
120℃下饱和水蒸气的物性数据：
汽化潜热：Lv=2203.3kJ/kg
粘度：μ=4
.0-
?pa.s
12
10
导热系数：λ=2.45w/m.℃
热容：Cp=2.152kJ/kg.℃
55℃下牛奶的物性参数：
密度：ρ=1.03g/ml 粘度：μ=0.0015pa.s
（2）估算传热面积
1.热负荷：
Q1=mCpΔt1=0.833×2.5×(85℃-25℃)×0.98=122.451kw
2.平均传热温差:
Th1=Th2=120℃， Tc1=25℃， Tc2=85℃
Δt1=Th1-Tc1=95℃，Δt2=Th2-Tc2=35℃
逆流时的对数传热温差：
Δtm=(Δt1-Δt2)/lnΔt1/Δt2=60.1℃
3.传热面积:
由于牛奶的粘度μ=0.0015Pa.s＜2×103 Pa.s,根据经验数据, 初选传热系数k取800w/m2.℃.
初步定传热面积:A=Q1/KΔtm=122.45kw/(0.8×60）℃=2.55m2
4.蒸汽的使用量：
考虑到热损失，则Q2=1.05Q1
m=Q2/Lv=1.05×122.451/2203.3=535.89kJ/h
(Lv为饱和水蒸气的汽化潜热）
（3）传热管排列及分程
1.管径选用和管内流速计算
⑴管径：
由于牛奶是食品，按规定应该采用卫生管，按规格表选用 19×2mm 的碳钢无缝钢管。
⑵管内流速的计算：
管程内牛奶的流速 n=1.5m/s
2.管程数和传热管数及其排列分程方法
⑴传热管单程数ns ns=n di V 24
9π=?.5?.0154/1030/833.02π=3根 ⑵确定程数
暗单程数计算所需要的传热管长度:
L=A0/πd0ns=2.55/(3.14×0.019×3)=12.2m 取L=12m
取标准管长度l=2m,则管程数Np=L/l=12/2=6(管程）
所以传热管总数：NT=6×3=18根
3.管子排列和分程
⑴采用正三角形排列管心距t=1.25d0=1.25×19=23.75mm 取t=25mm 。
⑵隔板中心到最后一排管中心距s=t/2+6=18.5mm 取s=19mm.各程相邻管心距为19×2=38mm 。
三.部件结构设计
（1）壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率η=0.55
则壳体内径：D=1.05(Nt/η)0.5=1.05×25×(18/0.55)0.5=225 D圆整为273mm
长径比：l/D=2000/273≈8,在[6，10]之间。故满足。
（2）折流板、拉杆和缓冲挡板
1.折流板:
采用弓形折流板，弓形折流板圆缺高度一般为10%-40%，可取25%。则切去的圆缺高度为：
h=225×25%=55mm.
折流板数目：NB=3块。
2.拉杆：
根据换热器拉杆选择标准(附表),本换热器壳体内径D=273mm,可选用拉杆直径12mm，拉杆数目4个，拉杆两端螺纹为M12。
3.放冲挡板：
壳程入口处应设防冲挡板。
（3）接管及其计算