食品工程原理设计说明书

1、课程设计说明书高温灭菌后牛奶所需冷却器得设计姓名：学号：班级：2目录一、设计意义 2二、主要参数及符号说明说明 3三、设计计算 41、确定设计方案 42、确定物性数据 43、计算总传热系数 54、计算传热面积 55、工艺结构尺寸 56、换热器核算 86、1热量核算121210116 、 2 换热器内流体得流动阻力6 、 3 换热器主要结构尺寸与计算结果总表7、离心泵得选择四、参考文献设计意义换热器得目得在于换热，在于节约公司生产成本或达到更好得产品，一个好得设计不仅源自于好得设计理念， 设计者得学习素养也必不可少。 我们现在就处于培养自己学术水平与学习习惯得阶段。 通过本次课程设计， 培养我们

2、学生多 方 位、综合得分析考察工程实际问题得能力。主要体现在以下几个方面： （ 1 ）提高团队意识。一个好得设计往往都就是由于一个团队得不懈努力，通过这次设计得机会大家在一起交流一起努力， 提出问题并共同解决，不仅提高了工作得效率也增强了大家得感情。（ 2） 设计得表达能力。 工程设计完成后， 往往交付她人实施或与她人交流，因此，在工程设计与完成过程中，都需要将设计得理念、理想、设计 过程与结果用文字、图纸与表格得形式表达出来。只有完整、流畅、 正确地表达出来得工程设计得内容，才可能被她人理解、接受，顺利 付诸实 施。（ 3） 资料得查阅、收集、整理与分析得能力。要科学、合理、有创新地完成一项

3、设计，往往需要各种数据与相关资料。因此，资料、文献与数据得查找、收集就是工程设计必不可少得基础工作。（ 4） 工程得设计计算能力与综合评价得能力。为了使设计合理要进行大量得工艺计算与设备设计计算。 计算结束以后还要在一起评价设计得优 缺 点，并改进。使设计尽量完美。通过本设计不仅可以进一步巩固所学得相关知识， 提高学生学以致用得综合能力。尤其对传热学、 流体力学等相关课程得熟悉， 同时还可以培养学生尊重 科 学、注重实践与学习严谨、 作风踏实得品格。 为以后走上工作岗位打下坚实而且可靠得基础主要参数及符号说明主要参数:处理能力： 1000kg/h设备类型：浮头式换热器操作条件：冷却介质：入口温

4、度：14C,出口温度：20c果浆：入口温度：50C,出口温度：20 C主要符号:三、设计计算牛奶加工过程中，需要将高温灭菌后得牛奶进行冷却。现需将流量为 1000kg/h得牛奶从温度50 c冷却至20 C,以河水为冷却介质，可取进水温度 为1326C,要求换热器得管程与壳程压强降均不大于60kPa。已知牛奶得粘度为2、 12mPa s (35C)。现需一台换热器满足以上得要求。1、确定设计方案本设计将牛奶冷却，使用天然得河水作为冷却介质，河水为较易结垢得物质，所以应该选用浮头式换热器，浮头式换热器两端得管板有一端可以沿轴向 浮动，这种结构不仅完全消除了热应力，而且整个管束可以从壳体中抽出，便于

5、清洗与检修。2、确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度得平均值。50 20235( C )壳程牛奶得定性温度为：14 20217()管程冷却水得定性温度为：牛奶在35 c下得有关物性数据：mo1029kg mC P0 3.83kJ kg 1 00.56w m 1 K 100.00212 pa s冷却水在17 c下得物性数据：m1 998.7kg m 3111Cp1 4.185kJ kg 11 0.5912w m 1 K 1 0.0010945pa s3、计算总传热系数(1)热流量Qo W0Cp0 to 13060000 >3.83 X50 20) 31.9(kW)(50 20)(20

6、14)tm14.9ln 50 2020 142)平均传热温差3)冷却水用量Q0 m=Cp131.91031t14.18510 3 (20 14)1.27kg s4572kg h4、计算传热面根据经验值假设K值取280,则估计得换热面积为:Qo31.9 1032A7.65m 2K tm 280 14.9考虑外界因素影响，取实际传热面积为估算得1、15倍，则实际传热面积为：2Ap 1.15 A 8.8m 25、工艺结构尺寸得设1、选用（|25mm X2、5mm得碳钢管为传热管）管内流速取u=1m/s2、管程数与传热管数依据传热管内径与流速确定单程传热管数:NsV2di uAp45723600 99

7、8.720.785 0.02 18.8单程长度:28md 0 Ns3.14按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采 用标准管设计，现取传热管长 L=6m,则该换热器得管程数为：Np l 284管程16传热管总根数：n=4 X 4=16根3、平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数:R 50-20 20-14 =520 14P 50 20 0.2按单壳程多管程结构,kO0.90.80.70.6P=2 丁小0*5.单壳程,声管程或两胃程以上t 0.85由于平均传热温差校正系数大于 0、8,同时壳程流体流量较大，故取单 壳程合适。平均传热温差：tmttm 0.85 14.9

8、 12.67 C4、传热管排列与分程方法 采用正方形错列：管心距t 1.25d 0t 1.25 25 31.25 32mm隔板中心到离最近一排管中心得距离32622mm5、壳体内经管板利用率0.51.05N1.05 3216190mm0.5圆整并根据常用取 D=300mm6、折流板得选取 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内经得 25%,则切去得圆缺高度为：H 0.25 300 75mm板间距：h 0.4D 150mm传热管长Nb传流板间-1=就39个折流板数目：7、其她附件 拉杆数量与直径按表选取，本换热器壳体内经为 拉杆直径为12 ,拉杆数量不得少于4。300mm ）故:6、换热器

9、核算6、1热量核算1、热量核算0e027m壳程流通截面S0 h Dd00.15 0.30.02510.0320.0098m壳程流体流U0 1000 3600 10290.028 ms0.0098雷诺数：R e0.020.028 10290.00212271.8普兰特准数:c 3.83 103 2。2 10Pr0.560.1414.5粘度因为Re0.95500所以选取凯恩公0.140 0.5 Re"507 PF1 3d10.56 0.507 1 30.5 271.8 0.507 14.5 1 3 0.95 5560.022、管程对流传热系管程流体流通截面S1d1216 0.785 0.

10、02 216 0.00127m1）壳程对流传热系数224t2 d 02444 0.032 2 0.785 0.025 2do3.14 0.025当量直径：管程流体流速:U14572 3600 998.70.001271.0ms雷诺数：0.02 1 998.7 Re 18249 10000 0.0010945普兰特准数：pr34.185 10 3 1.09450.59121037.7510.8 0.41 0.023 Re prd10.0230.591218249 0.8 7.750.4 3955 w m 2 K 0.02查表可知污垢热阻：21管内侧污垢热阻：R1 0.000176 m 2 k k

11、W 1管内侧污垢热阻：R 0 0.00058 m 2 k kW 11Ke传热系数：d0Ri d0 b d01Ro335.8 7w0.0253955 0.020.0001760.025 0.0025 0.0250.02 45.3 0.0225 0.000581556Qi33351.89711043.9 6.4m 2计算传热面积为：AcKe tm换热器得实际传热面积为：Ap ndo l 16 3.14 0.025 6 7.541 d1 d1dm0面积裕度：Ap Ac 7.54 6.417.8%Ac 6.4传热面积裕度合适（15%20%）,该换热器能够完成生产任务6、2、换热器内流体得流动阻力1）管

12、程流体阻力折流板缺口得阻Fs 1.4P1p2 3NpNs60.040.02998.73998.715992.2121498.05pt 5992.21498.05 1.4 5 1 52431.7560Kpa之内(2)壳程阻力psp1 p2 FsNsFs 1.15 Ns 1p1 F f 0 nc Nb 1d0 U0 由Re0u20.025 0.028 998.70.0010945F 0.4 （转角正方形）Nb 39所以：f 0 5.0Re 0 0.228 1.15nc 1.19 16 4.76p10.4 1.15 4.76 40998.7 0.028 22管程阻力在允许范围638 50034.29

13、 pa2hp2 Nb 3.5 2Dh2u2998.7 0.028 2393.52 0.150.338.6234.29 38.62 1.15 83.85 60kpa壳程阻力在允许范围之内附表1换热器主要结构尺寸与计算结果参数1TW壳程流量 / (Kg/h)45721000进（出）口温度/ c14 (20)50 (20)压力/kPa520、39物性定性温度/ 1735密度/Kg/m3998、71029定压比热容/kJ/(kg/ C )4、1853、83黏度/Pa - s0、 00109450、 00212热导率/W/(m-C )0、 59120、56普朗特数7、7514、5设备结构 参数形式浮头式

14、壳程数1壳体内径/mm300台数1管径/mm25*2、5管心距/mm32管长/mm6000管子排列错正方形管数目/根16折流板数/个39传热面积/m27、54折流板间距150管程数4/mm 材质碳钢主要计算结果壳程流速/ (m/s)1、00、028表面传热系数W/ （m2C）3955556污垢热阻/ (m2* C/W)0、 0000580、 000172阻力/Pa52431 、 7588、5热流量/kW39、1传热温差/ C14、9传热系数/W/m2* C335、 87裕度/%17、87、离心泵得选择本次任务所设计得牛奶灭菌后冷却系统流量为0、98立方米每小时， 需要得离心泵为小型离心泵，由于牛奶有少许固体，所以可以选择