食品工程原理課程設(shè)計-

1、食品工程原理課程設(shè)計說明書列管式換熱器的設(shè)計姓名： 學(xué)號： 班級： 年 月 日目錄一、設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件31、設(shè)計題目32、設(shè)計條件33、設(shè)計任務(wù)5二、設(shè)計意義6三、主要參數(shù)說明6四、設(shè)計方案簡介91、選擇換熱器的類型92、管程安排93、流向的選擇104、確定物性系數(shù)據(jù)10五、試算和初選換熱器的規(guī)格111、熱流量112、冷卻水量113、計算兩流體的平均溫度差114、總傳熱系數(shù)11六、 工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計121、計算傳熱面積122、管徑和管內(nèi)流速123、管程數(shù)和傳熱管數(shù)124、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)135、傳熱管排列和分程方法146、殼體內(nèi)徑147、折流板148、接管159、熱量核算1510、 換熱

2、器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果如下表：20七、參考文獻21八、浮頭式換熱器裝配圖22一、設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件1、設(shè)計題目 列管式換熱器設(shè)計2、設(shè)計條件設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容某生產(chǎn)過程中，需將6400kg/h的牛奶從140冷卻至50，冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水，循環(huán)水入口溫度20，出口溫度為40。允許壓降不大于105Pa。試設(shè)計一臺列管式換熱器并進行核算。牛奶定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度1040kgm-3；黏度1.103*10-4Pas；定壓比熱容 2.11kJ/(kg )；熱導(dǎo)率0.14W/(m )完成日期年月日設(shè)計要求序號設(shè)計內(nèi)容要求1工藝計算熱量衡算，確定物性數(shù)據(jù)，計算換熱面積2結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計管徑、流速、管程數(shù)、傳

3、熱管數(shù)、殼徑、殼程數(shù)、折流板數(shù)等3核算熱量核算、流動阻力計算4編寫設(shè)計說明書目錄，設(shè)計任務(wù)書，設(shè)計計算及結(jié)果，參考資料等5其他設(shè)計的評述及有關(guān)問題的分析和討論6圖紙A2主視圖（設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)形狀及主要零部件間的裝配連接關(guān)系）尺寸（表示設(shè)備的總體大小 規(guī)格 裝配 安裝等尺寸）主要零部件編號及明細欄管口符號及管口表等3、設(shè)計任務(wù) 用循環(huán)水將牛奶冷卻(1)根據(jù)設(shè)計條件選擇合適的換熱器型號，并核算換熱面積，壓力降是否滿足要求，并設(shè)計管道與殼體的連接，管板與殼體的連接，折流板等。 (2)繪制列管式換熱器的裝配圖。(3) 編寫課程設(shè)計說明書。二、設(shè)計意義換熱器是各種工業(yè)部門最常見的通用熱工設(shè)備，廣泛應(yīng)用于

4、化工，能源，機械，交通，制冷，空調(diào)及航空航天等各個領(lǐng)域。換熱器不僅是保證某些工藝流程和條件而廣泛使用的設(shè)備，也是開發(fā)利用工業(yè)二次能源，實現(xiàn)余熱回收和節(jié)能的主要設(shè)備。在食品工業(yè)中的加熱，冷卻，蒸發(fā)和干燥等的單元操作中，經(jīng)常見到食品物料與加熱或冷卻介質(zhì)間的熱交換。各種換熱器的作用，工作原理，結(jié)構(gòu)以及其中工作的流體類型，數(shù)量等差別很大，而換熱器的工作性能的優(yōu)劣直接影響著整個裝置或系統(tǒng)綜合性能的好壞，因此換熱器的合理設(shè)計極其重要。目前國內(nèi)外在過程工業(yè)生產(chǎn)中所用的換熱器設(shè)備中，管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位，雖然它在換熱效率，結(jié)構(gòu)緊湊性和金屬材料消耗等方面，不如其他新型換熱設(shè)備，但她具有結(jié)構(gòu)堅固，操作彈性大，

5、適應(yīng)性強，可靠性高，選用范圍廣，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點，所以在工程中仍得到廣泛應(yīng)用。三、主要參數(shù)說明 T1-熱流體的初始溫度， T2-熱流體的最終溫度， t1-冷流體的初始溫度， t2-冷流體的最終溫度， -牛奶的密度，kg/m3 -牛奶的定壓比熱容，kJ/(kg·) -牛奶的導(dǎo)熱系數(shù)， W/(m·) -牛奶的粘度，Pa·s -冷鹽水的密度，kg/m3 -冷鹽水的定壓比熱容，kJ/(kg·) -冷鹽水的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·) -冷鹽水的粘度，Pa·s -熱流量，kW -總傳熱系數(shù)，W/(·) -進行換熱的兩流體之

6、間的平均溫度差， -冷卻水用量，kg/s -雷諾準(zhǔn)數(shù) -普蘭特準(zhǔn)數(shù) -管程傳熱系數(shù)，W/（·） -殼程傳熱系數(shù)，W/（·） -冷鹽水污垢熱阻，·/W; -牛奶污垢熱阻，·/W -管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（·） -傳熱管數(shù)，（根） -傳熱管長度，m -換熱器管程數(shù) -傳熱管總根數(shù) -溫度校正系數(shù) -橫過管束中心線的管數(shù) -管心距，mm -殼體內(nèi)徑，mm -弓形折流板圓缺高度，mm -折流板間距，mm -折流板數(shù) -接管內(nèi)徑，mm -當(dāng)量直徑，m -殼程流體流速，m/s -管程流體流速，m/s -傳熱面積， -換熱器實際傳熱面積， -換熱器面積裕度 -

7、管程壓降，Pa -管內(nèi)摩擦壓降，Pa -管程的回彎壓降，Pa -殼程串聯(lián)數(shù) -管程壓降的結(jié)垢修正系數(shù) -殼程壓降，Pa -流體流經(jīng)管束的阻力，Pa -流體流過折流板缺口的阻力，Pa 四、設(shè)計方案簡介換熱器是化工、石油、動力、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn) 中占有重要地位?；どa(chǎn)中，換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器 和再沸器等，應(yīng)用甚為廣泛。1、選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況:熱流體（牛奶）140出口溫度50；冷流體（水）進口溫度20，出口溫度40，由兩流體的溫差來看，由于兩流體溫差（140+50）/2-（20+40）/2=55<60,估計換熱器的管壁溫度和殼體

8、壁溫度不會很大，但冬季操作時，進口溫度會發(fā)生變化，考慮到該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差增大，同時便于污垢清洗。因此初步確定選用浮頭式換熱器。2、管程安排 從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使牛奶走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。所設(shè)計換熱器用于冷卻牛奶，牛奶粘度較大，易結(jié)垢，易腐蝕管道，所以選用浮頭式換熱器，浮頭便于拆卸、清洗。綜上所述，換熱器選擇浮頭式，牛奶走殼程，循環(huán)冷卻水走管程。3、流向的選擇 當(dāng)冷，熱流體的進出口溫度相同時，逆流操作的平均推動力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需要的傳熱面積較小。逆流操作時，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而冷卻介

9、質(zhì)用量可以較小。顯然在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。4、確定物性系數(shù)據(jù) 定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。 管層牛奶的定性溫度為： T=（140+50）/2=95 殼程冷卻水的定性溫度為： t=（20+40）/2=30 牛奶在90下的有關(guān)物理數(shù)據(jù)如下：密度 定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù) 粘度循環(huán)冷卻水在30下的物性數(shù)據(jù)：密度 定壓比熱容導(dǎo)熱系數(shù) 粘度五、試算和初選換熱器的規(guī)格1、熱流量 2、冷卻水量 3、計算兩流體的平均溫度差逆流時平均溫差為： 4、總傳熱系數(shù)管程傳熱系數(shù)：殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)污垢熱阻 管壁的導(dǎo)熱系數(shù) 6、 工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計1、計算傳

10、熱面積考慮15的面積裕度=1.15×11.03=12.682、管徑和管內(nèi)流速選用傳熱管（碳管），取管內(nèi)流速3、管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑流速確定單程傳熱管數(shù) 按單管程計算，所需的傳熱管長度為按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多程管結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長l=9m。則該換熱器的管程數(shù)為：（管程）則傳熱管的總根數(shù)為：N=12×2=24（根）4、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳播換熱溫差校正系數(shù)按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫度校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表，但R=4.5的點在圖上難以讀出，因而相應(yīng)的以1/R代替R，PR代替P，查同一圖線，。平均傳熱溫差5、傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)

11、均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距t=1.25do=1.25×25=32（mm）各程相鄰管的管心距為44mm 橫過管束中心線的管數(shù)=1.16（根）6、殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取，則殼體內(nèi)徑為圓整可取D=325mm7、折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25，則切去的圓缺高度為h0.25×325=81.25mm，故可取h100mm。折流板與殼體之間的間隙為2.0mm初取折流板的間距 則所以=148.3mm折流板厚度取5mm折流板圓缺面水平裝配。8、接管殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)牛奶流速為 u2.0m/s，則接管內(nèi)徑為 圓整后的管徑的冷拔無縫

12、鋼管。實際牛奶進出口管內(nèi)流速為管程流體進出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速 u1.1m/s，則接管內(nèi)徑為 =0.069（m）圓整后為9、熱量核算（1）殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用克恩公式，由于，所以當(dāng)量直徑，由正三角形排列得殼程流通截面積=0.15×0.325×殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù)粘度校正（2）管程對流體傳熱系數(shù)管程流通截面積管程流體流速=1.08m/s=26843.6普蘭特準(zhǔn)數(shù):=4872.2W/K(3) 傳熱系數(shù)K（4）傳熱面積S=該換熱器的實際傳熱面積該換熱器的面積裕度為=該傳熱面積的裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。(5)換熱器管程和殼程壓

13、力降管程流壓力降=（）NN=1， N=2，F(xiàn)=1.4，由Re=26843.6，傳熱管相對粗糙度0.2/20=0.01，查莫狄圖得=0.04W/·,流速u=1.08m/s i=995.7kg/m3,所以=(10452.5+1742.1）×1.4×2=34144.9Pa<105 Pa管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程壓力降N=1，.15Ft為液態(tài)污垢修正系數(shù)流速流經(jīng)管束的阻力F=0.5 n=7，N=59u=m/s（Pa）流體流過折流板缺口的阻力B=0.15m ,D=0.325m總阻力：=1.15×1×（199.4+344.4）=625.4（Pa

14、）105Pa殼程流動阻力也比較適宜。10、 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果如下表：參數(shù)管程殼程流率kg/h14558.46400進/出口溫度/20/40140/50物性定性溫度/3095密度/（kg/m3）995.71040定壓比熱容/kJ/（kg）4.1742.11粘度/（Pas）8.012×101.103×10熱導(dǎo)率（W/mk） 0.61710.14普朗特數(shù)5.421.662設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/325臺數(shù)1管徑/25mm×2.5mm管心距/32管長/9000管子排列管數(shù)目/根24折流板數(shù)/個59傳熱面積/12.57折流板間距/150管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）1.080.066表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/（k）4872.2897.9污垢熱阻/（k/W）0.0001720.000176阻力降/ MPa0.034140.00063熱流量/KW337.6傳熱溫差/K325