食品工程原理课程设计任务书及提交要求

1、设计题目：换热器的设计 水冷却牛奶的列管式换热器的设计 班级: 食品1203 姓名:王雕 学号:20213806班级: 食品1203 姓名:罗雯 学号:20213818班级: 食品1203 姓名:周栎 学号:20213835班级: 食品1203 姓名:龚燕 学号:20213855 指导教师： 李 凤 设计成绩： 进度 _ 说明书 _ 图纸 _ 总分 _ 日 期： 2021年 5月11 日西南科技大学生命科学与工程学院目录一设计任务和设计条件.31、设计题目：换热器的设计水冷却牛奶.32、设计条件：.33、设计任务：.3二、设计方案简介.31、选择换热器的类型.42、管程安排.43、流向的选择.

2、4三、确定物性数据.4四、试算和初选换热器的规格.51.计算热负荷和冷却水流量.52.计算两流体的平均温度差。暂按单壳程、多管程进行计算。.53.初选换热器规格.6五、核算总传热系数.71、管程的给热系数.72、壳程的给热系数.73、污垢热阻.84、计算总传热系数 K .85、传热面积裕度.86、壁温计算.9六、核算压强降.101.管程压强降.112.壳程压强降.12七、辅助设备的计算及选型.121、管箱.132、封头.133、折流板. .134、接管. .135、导流筒.146、放气孔、排气孔.14八、设计结果一览表.15九、对设计的评述.16参考文献.17附录：参考图纸.18 一、设计任务

3、和设计条件1、设计题目：用水冷却牛奶、脱脂牛奶的列管式换热器的设计2、设计条件(1)牛奶 处理量： 吨/小时 73进口温度：100、出口温度：30。压强降：管程 80kPa 壳程 50kPa    (2)冷却水进口温度：2025范围选择、出口温度：3035范围选择 。3、设计任务：(1)根据设计条件选择适宜的换热器型号，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。4、设计时间：2021年5月7日2021年6月6日二、设计方案简介1、选择换热器的类型 化情

4、况:热流体牛奶100出口温度30；冷流体水进口温度20，出口温度30，由两流体的温差来看，由于两流体温差100+30/2-20+30/2=40<50,估计换热器的管壁温度和壳体壁温度不会很大，但冬季操作时，进口温度会发生变化，考虑到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，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差增大，同时便于污垢清洗。因此初步确定选用浮头式换热器。2、流动空间及流速确实定 从两物流的操作压力看，应使牛奶走管程，循环冷却水走壳程。所设计换热器用于冷却牛奶，牛奶粘度较大，易结垢，易腐蚀管道，所以选用浮头式换热器，浮头便于拆卸、清洗。综上所述，换热器选择浮头式，牛奶

5、走管程，循环冷却水走壳程。选用的不锈钢管，管内流速取。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，所需要的传热面积较小。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。三、确定物性系数据定性温度：对于一般气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。 管层牛奶的定性温度为： T=100+30/2=65 壳程冷却水的定性温度为： t=20+30/2=25 定性温度下流体的物性，见下表： 定性温度下流体的物性温度/密度kg/m3比热容KJ/(kg·)粘度Pa

6、3;s热导率kJ/(m·)管程牛奶6510303.91.50.53壳程水25996.94.180.000900.6083四、试算和初选换热器的规格 1、计算热负荷和冷却水流量热负荷量 : Q=WC() =730003.9(100-30)= kJ/h 冷却水量: W=Q/Cp() = = kg/h2、计算两流体的平均温度差逆流时平均温差为：而： E=0.125 R=查表得：=0.775所以30.83x0.775=23.893、初选换热器规格根据两流体的情况，设K=530,故，据此，由换热器系列标准中选定换热器，有关参数见表4-1。 表4-1 换热器相关参数壳径Dmm1200管子尺寸mm

7、25×2.5公称压强MPa2.5管长Lm6公称面积m468.2管子总数n(mm)1348管程Aim0.0396管心距t管程数Np6管子排列方式正方形旋转45度中心排管数27实际传热面积 S=ndl=138419=482.5()假设选择该型号的换热器，那么要求过程的总传热系数为：5、 校核传热系数1、 管程传热系数 m/s 过渡流流体被冷却 n=0.32、 壳程的传热系数管心mm标准参数25mm折流板间距B=450mm,那么流体通过管间最大截面积为 m/s m流体被加热 3、 污垢热阻 查阅资料管侧，壳侧的污垢热阻分别取管外侧污垢热阻： 管内侧污垢热阻： 4、计算总传热系数K不锈钢热导

8、率k=615.765、传热面积裕度计算传热面积该换热器的实际传热面积为该换热器的面积裕度为传热面积裕度适宜，该换热器能够完成生产任务。6、 壁温计算由于换热器的换热管内侧热阻较大，会使传热管壁为你升高，减低了传热管的壁温之差，但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管壁温差可能较大，计算应按最不利的换热条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。 壁温：查得27下水的黏度所以计算壳程时假设只是正确的。且该温差较大，因此需选用浮头式换热器较为适宜。七、计算换热器内的流体的流体阻力1、 管程流动阻力 正方形45°排列，Ft=1.4 Np=6m/s 设管壁粗糙度=0.12mm相对粗糙度

9、/di=0.15/15=0.008查莫狄图得 =0.046管程流动阻力在允许范围之内2、 壳程阻力=1.15,= 管子正方形45°排列0.4m/s因Re>500壳程流动阻力也比拟适宜。八、辅助设备的计算及选型1、管箱 DN=1200mm>900mm，采用封头管箱2、封头 DN=1200mm>400mm,采用圆形封头3、折流板 折流板采用缺25%的圆缺型折流板取隔板间距B=450mm4、接管1 管程流体进出口接管：取接管内牛奶流速u1=2.0m/s，那么接管内径为取标准管内径为110mm2 壳程流体进出口接管：取接管内冷却水流速u1=2.0m/s，那么接管内径为取标准

10、管内径为290mm5.导流筒 壳程流体的进出口和管板间必须存在有一段流体不能流动的空间死角，为了提高传热效果，常在管束外增设导流筒，使流体进出壳程时必然经过这个空间.6. 放气孔、排气孔 换热器的壳体上常设有放气孔、排气孔，以排除不凝气体和冷凝液等。 九、设计结果附表1 换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流率/Kg/h)73000478000进出口温度/100/3020/30压力/MPa<80<50物性定性温度/6525密度/Kg/m31030996.9定压比热容/kJ/(kg/)3.94.18黏度/Pa·s1.5×10-30.9×10-3热导率/W/(m·)0.530.6083普朗特数11.046.18设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/mm1200台数1管径/mm19*2.0管心距/mm25管长/mm6000管子排列正方形旋转45°管数目/根 1348折流板数/个12传热面积/m2468.2折流板间距/mm450管程数