1食品工程原理课程设计任务书
1.1 设计题目
年处理量为31万吨花生油换热器的设计
1.2 操作条件
（1）花生油：入口温度110℃，出口温度40℃。
（2） 冷却介质：采用循环水，入口温度20℃，出口温度30℃；井水，入口压强0.3MPa 。
（3）每年按330天计，每天24小时连续生产。
（4）花生油定性温度下的物性数据
c)w /(m.14.0c)
/(kg.k 22.2c S
.a 1015.7kg/m 8450c 0pc 4-c 3
c ==⨯=λμρJ P ＝
（5）允许压强降：不大于30kPa 。
（6）换热器热损失：以总传热量的5%计。
（7）油侧污垢热阻0.000176 m 2·K /W ，水侧污垢热阻0.00026 m 2·K /W 。
1.3 设计任务
（1）选择适宜的列管式换热器并进行核算。
（2）工艺设计计算
包括选择适宜的换热器并进行核算，主要包括物料衡算和热量衡算、热负荷及传热面积的确定、换热器主要尺寸的确定、总传热系数的校核等。（注明公式及数据来源）
（3）结构设计计算
选择适宜的结构方案，进行必要的结构设计计算。主要包括管程和壳程分程、换热管尺寸确定、换热管的布置、折流板的设置等。（注明公式及数据来源）
（4）绘制工艺流程图 绘制设备工艺条件图一张或设备装配示意图（2号图纸）； CAD 绘制。
（5）编写设计说明书
设计说明书的撰写应符合规范与要求。
2 概述与设计方案的选择
2.1概述
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。
列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。
列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。
列管式换热器有以下几种：
1、固定管板式
固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。
特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。
固定管板式换热器
1—封头；2—法兰；3—排气口；4—壳体；5—换热管；6—波形膨胀节；
7—折流板（或支持板）；8—防冲板；9—壳程接管；10—管板；11—管
程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱；15—排液口；16—定距管；
17—拉杆；18—支座；19—垫片；20、21—螺栓、螺母
2、U形管式
U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。
特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。
U形管式换热器
1—中间挡板；2—U形换热管；3—排气口；4—防冲板；5—分程隔板
3、浮头式
换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。
特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，消除温差应力，应用普遍。
浮头式换热器
1—防冲板；2—折流板；3—浮头管板；4—钩圈；5—支耳
4.填料函式换热器
填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。
2.2 设计方案的选择
2.2.1 选择换热器的类型
本次设计为花生油冷却器的工艺设计，工艺要求花生油（热流体）的入口温度110℃，出口温度40℃。采用循环冷却水作为冷却剂，冷却水的入口温度20℃，出口温度30℃。
根据列管式换热器的分类与特性表，结合上述工艺要求，选用固定管板式换热器或浮头式
换热器，而鉴于浮头式换热器的造价一般比固定管板式换热器的造价高出二十多个百分点，以降低投资成本为目的，故因选用带膨胀节的固定管板式换热器。
2.2.2 流动空间及流速的确定
根据流体流径选择的基本原则，循环冷却水易结垢，而固定管板式换热器的壳程不易清洗，且循环冷却水的推荐流速大于花生油的推荐流速，故选择循环冷却水为管程流体，花生油为壳程流体。根据流体在直管内常见适宜流速，管内循环冷却水的流速初选为s
=,管子选用
0.1
m
u i/
φ的较好级冷拔换热管（换热管标准：GB8163）。
25⨯
5.2
mm
