日产50T冷却牛奶换热器设计分解 - 图文(2)

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。

2、U形管式

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。

3、浮头式

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。

4、填料函式换热器

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。

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。清洗，维修方便。但密封性能差，对于易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用，壳程流体压力不宜过高

2.2 工艺流程简述

稀盐水易结垢，为便于清洗，应该走管程，牛奶为粘度较大的流体走壳程。 冷却稀盐水与牛奶在设计的换热器中进行热交换，牛奶由初温140℃降温至76℃，再由76℃冷却到20℃。冷却稀盐水由初温10℃升温至17℃。 2.3 设计标准

（1）JB1145-73《列管式固定管板热交换器》；

（2）中华人民共和国国家标准.GB151-89《钢制管壳式换热器》.国家技术监督局发布，1989；

（3）JBT4715-1992《固定管板式换热器型式与基本参数》

（4）中华人民共和国国家标准 GB16749-1997 《压力容器波形膨胀节》 （5）HGT20701.8-2000《容器、换热器专业设备简图设计规定》

三、 设计条件及主要物性参数表

3.1 确定设计方案

3.1.1 选择换热器类型

牛奶冷却用很稀的盐水，牛奶由140℃冷却到76℃，再由76℃冷却到20℃。管子和壳体会产生很大的温差压力，所以应选择具有温差补偿的换热器，最常用的是浮头式和U型管式。由于U型换热器，管子有弯曲半径，管间距增大，管板利用率较低，并且壳程内流体流动不均匀，影响传热，拆洗更换不容易，所以选用浮头式换热器。 3.1.2 材质选择及流速的确定

循环冷却水易结垢，循环冷却盐水的推荐流速大于牛奶的推荐流速，故选择循环冷却盐水为管程流体，牛奶为壳程流体。根据流体在直管内常见适宜流速（表1），管内循环冷却水的流速初选为u=1.0m/s,管子选用φ25×2.5mm的碳钢换热管（换热管标准：GB8163）。

管程流速（m/s） 壳程流速（m/s） 循环水 1.0—2.0 新鲜水 0.8—1.5 一般液体 0.5—3 易结垢液体 >1.0 气体 5—30 0.5—1.5 0.5—1.5 0.2—1.5 >0.5 2—1.5

表1

3.1.3 流向的选择

当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，所需的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然在一般情况下，逆流操作总是优于并流。 3.2 确定物性参数

定性温度：可取流体进口温度的平均值

76?20?48℃ 210?17管程稀盐水定性温度：T??13.5℃

2壳程牛奶定性温度：T?根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 牛奶在48℃定性温度下的有关物性数据如下:

物性 密度ρo 比热容Cpo (kJ/(kg·K)) 3.765 粘度μo (Pa·s) 0.0021 传热系数λo (W/(m2·K)) 0.69 （kg/m3） 牛奶 1035 稀盐水在13.5℃定性温度下的有关物性数据如下：

物性 密度ρi 比热容Cpi (kJ/(kg·K) 4.189 粘度μi (Pa·s) 0.0012 传热系数λi (W/(m2·K)) 0.579 （kg/m3） 稀盐水

999.4 四、 工艺设计计算

4.1 估算传热面积 4.1.1 计算热流量

考虑到员工的轮班与休息，一天实际工作12个小时。

50?103?4166.67kg/h 牛奶流量：Wh?12Q?WhCph(T1-T2)?4166.67?3.765?（76?20）?244.03kW

4.1.2 平均传热温差

按单壳程多管程进行计算，对逆流传热温度差进行校正