牛奶列管式换热器

1、题目牛奶冷却列管式换热器的设计姓名汪思凡学号专业食品科学与工程班级1101班指导教师郑妍职称助教二o四年六月目录TOC o 1-5 h z摘要I HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1食品工程原理综合实习任务书1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1设计题目1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2设计条件1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.3要求1 HYPERLINK l bookmark

2、14 o Current Document 1.4主要参考资料1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2选择方案的确定22.1选择换热器的类型22.2流动空间及流速的确定2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3确定物性参数2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 4计算总传热系数24.1热流量24.2平均传热系数24.3冷却牛奶用量24.4冷却冷盐水用量24.5总传热系数k2225计算传热面积3 HYPERLINK l bookmark56 o Cur

3、rent Document 6工艺结构尺寸36.1管径和管内流速36.2管程数和传热管数36.3平均传热温差校正及壳程数36.4传热管排列和分程方法3 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 6.5壳体内径3 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 6.6折流挡板36.7接管47换热器核算47.1热量核算44444TOC o 1-5 h z7.2换热器内流体的流动阻力555 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 8设计结果5 HYPERLINK l bookma

4、rk88 o Current Document 9设计心得5 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 参考文献6附录7摘要此次设计的牛奶冷却列管式换热器是以牛奶为热流体，稀盐水为冷流体，设计流量为14600kg/h，我选用的是固定管板式换热器，其适用于冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，我设计的方案是由牛奶走管程，冷盐水走壳程，因为牛奶较易结垢，为了便于清洗，所以选择了牛奶走管程。关键词热流体；固定管板式换热器；管程食品工程原理综合实习任务书设计题目牛奶冷却列管式换热器的设计设计条件在灭菌后牛奶的冷却过程中，牛奶由70C降至25C，牛奶流量为14

5、600kg/h，压力为0.6MPa。冷却介质采用稀盐水（冷盐水的相关特性数据可参考水的物性数据）。盐水进口温度为10C，出口温度为20Co1.3要求1设计一台列管式换热器完成各自生产任务；2提交设计计算说明书一份，（应包括目录、设计计算任务书、设计方案的确定、确定物性参数、计算总传热系数、计算传热面积、确定工艺结构尺寸、换热器核算、参考文献资料等。须打印）；3绘制列管式换热器的装配图（可附在设计计算书后面）；4注意收集、阅读参考资料，形成设计方案；5提交日期：第16周星期四。1.4主要参考资料夏清，陈常贵主编，姚玉英主审化工原理，天津大学出版社，2005，1华南理工大学化工原理教研组，化工过程

6、及设备设计，华南理工大学出社，1995化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社.1992丛德滋等化工原理详解与应用，化学工业出版社.2002，7，151-158张承翼，李春英化工工程制图，化学工业出版社.1997张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计.1996（6）：6-10蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-13各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告选择方案的确定选择换热器的类型冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，因此初步确定采用固定管板式换热器。流动空间及流速的确定由于循环牛奶较易结垢，为便于清洗，应使牛奶走管程，空气走

7、壳程。选用25mmx2.5mm的碳钢管，初定管内流速u=1.5m/s。i确定物性参数壳程冷盐水定性温度T=（20+10）/2二15oC管程牛奶定性温度t=（70+25）/2二47.5。C密度定压比热容导热系数黏度物料kJ/(g.c)w/Cn-oc)牛奶47.5C冷盐水15C计算总传热系数热流量Q=m-c-At=14600 x3.77x（70-25）=2.48x106kj/h=688kwiipii平均传热系数冷却牛奶用量冷却冷盐水用量总传热系数k管程传热系数壳程传热系数先假设壳程传热系数为a1500W/（m2PC）oR=1.76x10-4w/(m2c)so污垢热阻为R=1.72x10-4w/(m

8、2oc)si管壁的导热系数为k二45w/（moc）丄+R.do+匕a-dsidk-dso1+-ao10.0253252.6x0.02+1.72x10-4x0.0250.020.0025x0.02545x0.0225+1.76x10-4+11300=664.89w/(m2c)5计算传热面积考虑15%的面积裕度：S=115%xS=1.15x35.56=41m26工艺结构尺寸6.1管径和管内流速选用25mmx2.5mm的传热管（碳钢），初取管内流速片=!-5m/s管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度为取L=6m，管程数为41.46x1041030 x36

9、000.785x0.022x22=0.56m/sv管内流速：u=n-in-d2-n4is平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数f平均传热温差：At=-At=1.05x29.1=30.6ocmAtm传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.4to，贝横过管束中心线的管数壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n=0.7，则壳体内径为圆整可取D=500mm折流挡板采取弓形折流挡板，取弓形折流挡板圆缺高度为壳体内径的35%，贝切去的圆缺高度为h=0.35x500=175mm取折流挡板间距B=0.6XD则：B=0.6x500=300mm传热管

10、长6000折流挡板数为：Nb-1=-1=19块300折流挡流挡板6.7接管壳程流体进出口接管：取接管内冷盐水流速为u二l.Om/si4xv管内径为：d1=1Vn.u14x5.92x104:998.2x36003.14xl=0.021m圆整后可取内径为210mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速：U2-1-0m/S管内径为：d2=4x146001030 x36003.14x1=0.07m圆整后取内径70mm7换热器核算热量核算壳程对流传热系数对圆缺形折流挡板，可采用克恩公式ao=0.36x九1fxRe0.55xPr13xd0()0.14w由正三角形排列得当量直径壳程流通截面积：S=B-D（1

11、-匕）=0.3x0.5x（1-0.025）=0.042mot0.035壳程流体流速及雷诺系数分别为：普兰特数：Pr=+o4.183x103x100.42x10-559.85x10-2=7.02黏度校正（“）14=1w7.1.2管程对流传热系数88-12管程流通截面积：S=0.785x0.022x=0.011m2i214600管程流体流速：ui=举罟=0.36m/s普兰特数：Pr=3.77x103x0.00212061=13.1传热系数传热面积该换热器的实际面积为该换热器的面积裕度为：该换热器能完成任务7.2换热器内流体的流动阻力管程流动阻力由R二3498.1,传热管相对粗糙度001=0.000

12、5,查莫迪图的e20九=0.035w/(moc)，流速u=0.36m/s,p=1030Kg/m3，所以ii管程流动阻力在允许范围之内。壳程流动阻力流体流经管束的阻力流体流经折流挡板缺口的阻力总阻力为：工Ap=8.8+8.1=16.9kpao壳层流动阻力在合理压力降范围内。8设计结果表8-1设备名称牛奶冷却列管式换热器形式固定板管式换热器换热面积35.43m2工艺参数序号名称单位壳程管程1物料名称冷盐水牛奶2操作压力Kpa8.18.83操作温度C10进/20出70进/25出4流量Kg/h59200146005密度Kg/m3998.210306比热容Kj/(kg.C)4.1833.7707平均温差

13、C30.68传热系数W/(m2C)664.899程数1410材质碳钢碳钢11直径mm50025x2.512长度mm600013压降kpa8.18.814管子规格88根，32.5mm,排列15折流挡板规格19块，单弓形、立式，间距300mm，切口咼度35%16说明：(1)参照标准固定挡板式换热器型式与基本参数JB/T475-92。9设计心得通过回顾此次的整个设计过程，整体相对满意，不仅按照要求设计出了所需的固定管板式换热器，还掌握了绘图的一席技巧，学到了许多的只是。当然在最初的设计过程中我还是遇到了不少的困难，在最初固定管板式换热器的选取，以及选取后在工艺流程设计中都遇到了许多的问题，其中在确定

14、好了设计方案后，在数据的算取中就重复试验了好多次才算出了符合的数据，在绘图工程中也是经过了反反复复的修改才最终绘出了设计图。当然通过对固定管板式换热器的设计，我学会了许多工艺设计的基本方法。知道了如何根据设计要求的确定工艺设备，并学会了如何去查找相关资料，根据资料确定出工艺流程中的各项工艺参数及数据，通过核算以确定是否满足设计要求。然后在绘图的过程中，我更全面的了解到了固定管板式换热器的结构，从开始头脑中一点的模糊慨念都没有到最终将固定列管式换热器绘制出来，整个过程让我对固定管板式换热器有了无比深刻的认识。最后在此次的设计中虽然都是独立完成的，但是在设计的过程中还是少不了同学们的帮助，这让我和

15、同学们之间的感情更加深刻，也给我留下了一段美好的记忆。参考文献1夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理,天津大学出版社，2005，12华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计,华南理工大学出版社.19953化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社.19924丛德滋等,化工原理详解与应用,化学工业出版社.2002，7,151-1585张承翼李春英，化工工程制图，化学工业出版社.19976张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计.1996（6）：6-107蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-138各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告致谢首先要感谢我的指导老师，没有老师悉心指导，我肯定完成不了此次的设计过程，老师让我从无到有，从一开始的完全不会到最后成功的设计出方案，老师都取到了至关重要的作用，然后是各位同学们，在我不甚了解的地方，都是和他们一起讨论、一起解决，这不仅让我们学到知识，更让我们增进了友谊。谢谢在此次综合实习中帮助过我的朋友们！附录符号名称牛奶的定性温度冷盐水的定性温度管程液体的密度管程液体的定压比热容管程液体的导热系数管程液体的粘度壳程液体的密度壳程液体的定压比热容壳