果汁中列管式换热器设计

果汁中列管式换热器的设计

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一．设计任务和设计条件

设计换热器设备能力 150000kg/h的果汁，从80℃冷却到20℃，冷却介质采用循环水，压力位0.4MPa,循环水入口温度为10℃，出口温度26℃，试设计一台列管式换热器，完成生产任务。

二.确定设计方案

1．选择换热器的类型

由于热流体进口温度80℃ 出口温度20℃；冷流体进口温度10℃，出口温度为26℃，温差超过50度，使用固定管板式换热器会对仪器造成损坏，而U型管式便于壳程清洗，管程清洗较难。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。

2．管程安排

从两物流的操作压力看，应使果汁走管程，循环水走壳程。但由于

循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使果汁走管程，循环水走壳程。

三.确定物性数据

定性温度：对于一般果汁高粘度流体和水等低黏度流体，其定性温

度可取流体进出口温度的平均值。故壳程果汁的定性温度为

8020 T= =50℃

2

1

管程流体的定性温度为

102618℃ t=

2

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对果汁

来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。

果汁在50℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 11050kg3

m 定压比热容 cp1=3.98kj/kg℃

热导率 1=0.61w/m

粘度 11.2mpa.s

循环水在18℃ 下的物性数据：

密度 定压比热容

1=998.2㎏/m3

cp1=4.183kj/kg℃

热导率 1=0.5985 w/m℃

粘度

1=1.0042×10

-3

Pas

四.估算传热面积

1．热流量

Q1=m1cp1t1

=150000×3.98×(80-20)=35820000kj/h =9950kw

2.平均传热温差 先按照纯逆流计算，得

(8026)(2010)1.69k

8026ln20103.传热面积 由于管程压力较高，故可选取较大的K值。假设K=320W/(㎡k)则估算的传热面积为 tm=

2

4.冷却水用量

Q19950103Ap=19625m2

Ktm3001.69Qm=1cpiti9950103148.7kg/s535320kg/h =

4.18310316五.工艺结构尺寸

1．管径和管内流速 选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（不锈钢，因其耐腐蚀，干净卫生），取管内流速u1=1.3m/s(查书)。

2．管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数

535320v.2364.9365 Ns=360099822diu0.7850.021.34按单程管计算，所需的传热管长度为 L=

Apdons19625685m

3.140.025365按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=10m，则该换热器的管程数为

L68569 l10传热管总根数 Nt=365×69=25185

同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。

4.传热管排列和分程方法 采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板 两侧采用正方形排列。

Np=

取管心距t=1.25d0，则 t=1.25×25=31.25≈32㎜

隔板中心到离其最.近一排管中心距离计算 S=t/2+9=32/2+9=25㎜ 各程相邻管的管心距为25mm

管数的分成方法，每程各有传热管25185根。

5．壳体内径 采用多管程结构，壳体内径可按估算。取管板利用率η=0.75 ，则壳体内径为

3

D=1.05t

NT/1.053225185/0.756157mm可取

D=6200mm

6．折流板 采用弓形折流板，取弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为

H=0.25×6200=1550mm，故可取h=1550mm

取折流板间距B=0.3D，则 B=0.3×6200=1860mm，可取B为1900mm。 折流板数目NB=

传热管长100001199 折流板间距100

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