食品工程课程设计说明书-- 水冷却牛奶的列管式换热器.docx

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1、食品工程原理课程设计说明书设计题目：水冷却牛奶的列管式换热器目录1设计任务书311设计题目312设计条件31.3设计任务：42.设计方案简介42.1 换热器设计的基本要求42.2 选择换热器的类型42.3 管程与壳程选取52.4 流向的选取5西南科技大学生命科学与工程学院1.3 确定冷却水用量61.4 初算逆流时有效平均温差，并校核61.5 计算传热面积71.6 初选换热器规格74 .主体设备设计计算及选型84.1 校核传热系数84.11管程传热系数84.1.2壳程传热系数84.13污垢热阻94.1.4传热系数K94.15计算真实传热速率。104.2 校核壁温104.3 校核传热面积114.3

2、.1 传热面积S114.4 计算压强降11441管程压强降114.4.2壳程压强降125 .辅助设备的计算及选型135.1 接管135.2 离心泵135.2.1 适于牛奶的离心泵135.2.2 适于冷却水的离心泵145.3 折流板155.4 封头165.5 管箱165.6 管板165.7 放气孔、排液管166 .经济核算167 .设计结果一览表177.2换热器计算结果一览表198 .设计评述219 .参考文献2210 .附录231 .设计任务书11设计题目用水冷却牛奶、脱脂牛奶的列管式换热器的设计1.2 设计条件牛奶处理量：64th进口温度：100出口温度：30压强降：管程80kPa壳程50k

3、Pa冷却水进口温度：20出口温度：321.3 设计任务：1 .根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板等。2 .绘制列管式换热器的装配图。3 .编写课程设计说明书。2 .设计方案简介2.1 换热器设计的基本要求根据换热目的不同，换热器在设计时应满足以下基本要求：(1)满足工艺上规定的换热条件。(2)结构上安全可靠。(3)制造、安装、操作和检修方便。(4)经济上合理。2.2 选择换热器的类型本设计中用水冷却牛奶选用带有折流挡板的固定管板式换热器，因为这种换热器适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的情况。另外，固定管板

4、式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固,传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。采用垂直圆缺形折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率，且垂直圆缺用于含有悬浮固体粒子流体用的水平热交换器。本设计中的固定管板式换热器采用的材料为碳素钢管。2.3 管程与壳程选取因牛奶较易结垢，为了便于清洗，所以我选择牛奶走管程，冷却水走壳程。24流向的选取对于流向的选取我选择逆流，因为逆流相较于其他流动方向而言换热效率高、节省传热面积，节省冷却介质。3 .工艺计算3.1 确定物性参数管程牛奶的定性

5、温度：I1=ZZ=竺2型=6522壳程冷却水的定性温度：&=空=尹=26表1两流体在定性温度下的有关物性参数/()/(m3)/(Pas)/U(oC)/W(moC)牛奶6510301.51033.900.53水26996.80.87371034.1790.60973.2计算热负荷64103Q=msicT=-3.9(100-30)=4853(V)p360033确定冷却水用量=96.8(kgs)Q_4853IO3CpoAt4.179103(32-20)34初算逆流时有效平均温差，并校核At：2(IOo-32)-(30-20)=旦=30.3Cm一,.一If1-T100-32i历6.8130-20t-t

6、32-20P=R=。心ZT1100-20R=X=.8%3230图1对数平均温差校正系数为网查上图可知入尸0.85,所以意=Z=0.85X30.3=25.8又因为=0.850.8,故可选单壳程的固定管板式换热器。3.5 计算传热面积3.6 根据牛奶的物性参数，取K=400W(m2.C),则估算传热面积:3.7 初选换热器规格表2换热器规格参数规格参数数据规格参数数据公称直径。nhii900管子尺寸mm192公称面积sm2498.3管程流通面积4/m20.0414管心距a/mm25管长1/m9管子根数n/根938管子排列方式正三角形中心排管数&/根35管程数NP4实际传热面积：So=nd1-938

7、0.0199=503.9(m2)4.主体设备设计计算及选型4.1 校核传热系数4.1.1管程传热系数牛奶的流速：=竺世=0.42加SpiAi360010300.0414雷诺数：R皿=0Q15x0.42：1030=4326.0i1.5103普兰特数：Pr.=39131513=11.0440.53由上式可知2300ReX10000,因此管内强制对流为圆直管间过渡流，且液体被冷却0.3。所以=0.023上(必3严(迸I)。，=O.O23(Re.)8(Pr.)3diiidi1=0.023(4326.0)8(11.04)3=1354.2w(m2C)%=)=1354.2(1-=22.5w(m2C)e.4j

8、zo.u4.1.2壳程传热系数换热器中心附近管排中流体流通截面积为B=1900(mm)&=BDN(1-=1.90.9(1-=0.4104(m2)a0.025%2/(甘严(号巾“2含5铲41.72(4654.9)06(5.99)(1.05)14=1708.0w(m2C)4.1.3污垢热阻查表可知污垢热阻：o=7.=1.72104m2/W4.1.4传热系数K因牛奶不具有腐蚀性，管子材料可选用碳素钢，取其导热系数4=5.3W(mC)对数平均直径：dm=0,1,15=0.017(m)-J-C-J-I/V-7-1I-1Ind,.0.015所以传热系数K如下:4+Hs0+j+E%+工4%vdm/=464.

9、4W(m2.oC)4.1.5计算真实传热速率0Q=KSOAtm=464.4503.925.8=6037103W=1.24所以1.15QQ=1.24Q1.25Q,则该换热器能够完成生产任务。4.2校核壁温因为管壁很薄，而且壁热阻很小。冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为20,出口温度为32。C计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期,污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。传热管壁温：tw=tm+-O=26+x(

10、65-26)=51.8C4A)+a01122.5()+1708.0J00.019壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度空即传热管壁温与壳体壁温之差为N=1m=51.8-26=25.8因加50,故不需要设温度补偿装置。43校核传热面积4.3.1传热面积S需要的传热面积S=q=4853x1()3=405KAt464.425.8m实际传热面积SO=nd01=9380.0199=503.9(m2)该换热器面积裕度：=x100%=空匕理辿X1oo%=24%S405.0该换热器的传热面积裕度符合要求。4.4计算压强降4.4.1管程压强降Z纳二(M+M)GMM9mm2mm的换热器月取1.5已算出：%=0.24

11、m/SRez=4326.0(湍流)因4000Re,所以牛奶流动类型为湍流取碳素管的壁粗糙度”(Hmm，则巨=0.00667d：15图2摩擦系数人与Re、刍的关系曲线网d由上图可得：入=0.036M*aC.O36上畋91962.di20.0152皿=3x=2724222G=15Ns=1Np=4Z纯=(阴+)FtNsNp=(1962.3+272.5)x1.5x1x4=13408.8PaSOkPa4.4.2壳程压强降ZM=(M工汽乂液体的F11I5B=1900(mm)折流板数：NB=-1=-1=4B1.94=5.0XReO一0228=5.0x4654.90228=o.7289F=0.5nc=35Aq

12、=FfOnC(7V+1)=0.5X0.728935(4+1)996.8x0.242=&31.022=%(3.5驾包/=4x(3.5-迫9968X0.242;0尸2B1DN20.92.AP2=OPa=(,+,)Ns=(1831.0+0)1.151=2105.7Pa50kPa从上述计算可知：该换热器管程与壳程的压强降均满足要求，故该换热器合适5.辅助设备的计算及选型5.1 接管管程流体进出口接管：取接管内牛奶流速尸15ms,则接管内径为:=0.12(m)d_4msi_I464103ypiuiVr360010301.5根据YB231-70无缝钢管常用规格，标准管径为：33mm4.0mm壳程流体进出口

13、接管：取接管内冷却水流速=20ms,则接管内径为：d=J4x968=Q25(w)N乎ooV7r996.82根据YB231-70无缝钢管常用规格，标准管径为：273mm8.0mm5.2 离心泵5.2.1 适于牛奶的离心泵641C)3Z=64Zz=64X1。3依/z咚=旦=-=62.1(m3/h)1Pi1030因为接管标准管径取0133w:x4.O加机,因4000所以牛奶流动类型为湍流。取碳素管的壁粗糙度，则三哈=8Xm查图2得，2z1=0.021,接管管长取/=1000Omm7C,Iu.a101.412.,.hf.=iX=0.021=0.17mf11diy2g0.12529.81泵出口管路上装有全开的闸阀，由可可知，=0.17,hfi=2x9.810.02m.Z%=/+%=0.17+0.02=0.19m换热器的安装高度取z=1.50mw2ui,21.4122g2g29.81YP134088=0.10m，=1.33mpig10309.81UZ+江运+Pig2gZM=I.50+1.33+0.10+0.1