食品工程原理设计说明书

1、食品工程原理课程设计说明书高温灭菌后牛奶所需冷却器的设计：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 -86.2 换热器流体的流动阻力-106.3 换热器主要结构尺寸和计算结果总表-117、离心泵的选择 -12四、参考文献 -12Word 文档一、 设计意义换热器的目的在于换热，在于节约公司生产成本或达到更好的产品，一个好的设计不仅源自于好的设计理念， 设计者的学习素养也必不可少。 我们现在就处于培养自己学

2、术水平和学习习惯的阶段。 通过本次课程设计， 培养我们学生多方位、综合的分析考察工程实际问题的能力。主要体现在以下几个方面：（ 1）提高团队意识。一个好的设计往往都是由于一个团队的不懈努力，通过这次设计的机会大家在一起交流一起努力，提出问题并共同解决，不仅提高了工作的效率也增强了大家的感情。（ 2）设计的表达能力。 工程设计完成后， 往往交付他人实施或与他人交流，因此，在工程设计和完成过程中，都需要将设计的理念、理想、设计过程和结果用文字、图纸和表格的形式表达出来。只有完整、流畅、正确地表达出来的工程设计的容，才可能被他人理解、接受，顺利付诸实施。（ 3）资料的查阅、收集、整理和分析的能力。要

3、科学、合理、有创新地完成一项设计，往往需要各种数据和相关资料。因此，资料、文献和数据的查找、收集是工程设计必不可少的基础工作。（ 4）工程的设计计算能力和综合评价的能力。为了使设计合理要进行大量的工艺计算和设备设计计算。计算结束以后还要在一起评价设计的优缺点，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的相关知识，提高学生学以致用的综合能力。尤其对传热学、 流体力学等相关课程的熟悉，同时还可以培养学生尊重科学、注重实践和学习严谨、 作风踏实的品格。 为以后走上工作岗位打下坚实而且可靠的基础。Word 文档二、 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

4、换热器操作条件：冷却介质：入口温度：14，出口温度： 20果浆：入口温度： 50，出口温度： 20主要符号：Word 文档三、设计计算牛奶加工过程中，需要将高温灭菌后的牛奶进行冷却。现需将流量为1000kg/h 的牛奶从温度 50冷却至 20，以河水为冷却介质，可取进水温度为1326，要求换热器的管程和壳程压强降均不大于60kPa。已知牛奶的粘度为2.12mPa·s（35）。现需一台换热器满足以上的要求。1、确定设计方案本设计将牛奶冷却，使用天然的河水作为冷却介质， 河水为较易结垢的物质，所以应该选用浮头式换热器，浮头式换热器两端的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

5、力，而且整个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。2、确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值。壳程牛奶的定性温度为：5020T35()2管程冷却水的定性温度为：1420)T17(2牛奶在 35下的有关物性数据：m01029kg m 3Cp03.83kJ kg 10 0.56w m 1 K 100.00212 pa s冷却水在 17下的物性数据：m1998.7kg m 3Cp14.185kJ kg 11 0.5912w m 1 K 110.0010945pa sWord 文档3、计算总传热系数（1）热流量Q00p0t01000× ×w C36003.83 (50 2

6、0) 31.9( kW )（2）平均传热温差(5020)(2014)tmln 502014.92014（3）冷却水用量m=Q031.91031Cp1 t14.185103 (20 14)1.27kg s4572kg h4、计算传热面积根据经验值假设 K 值取 280，则估计的换热面积为：3AQ031.9 107.65m2K tm280 14.9考虑外界因素影响，取实际传热面积为估算的1.15 倍，则实际传热面积为：Ap1.15A8.8m25、工艺结构尺寸的设计1、选用25mm×2.5 mm的碳钢管为传热管，管流速取u=1m/s。2、管程数和传热管数依据传热管径和流速确定单程传热管数：

7、4572V3600998.7Ns242diu0.7850.0214Word 文档Ap8.8单程长度： L28md 0 Ns3.14 0.025 4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，则该换热器的管程数为：L28Np4管程l6传热管总根数：n=4×4=16 根3、平均传热温差校正及壳程数50-20平均温差校正系数：R20-14 =520 14P0.250 20按单壳程多管程结构，查图得：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：tmttm0.85 14.912.

8、67Word 文档4、传热管排列和分程方法采用正方形错列：管心距t1.25d 0t1.252531.2532mm隔板中心到离最近一排管中心的距离：t32S6622mm225、壳体经管板利用率0.5N16D1.05 t 1.05 32 190 mm 0.5圆整并根据常用取D=300mm6、折流板的选取采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体经的25%，则切去的圆缺高度为：H0.2530075mm板间距： h0.4 D150mm折流板数目：传热管长-1=6个N b-1=39传流板间距0.157、其他附件拉杆数量与直径按表选取，本换热器壳体经为300mm，故：拉杆直径为12 ，拉杆数量不得少于 4

9、。Word 文档6、换热器核算6.1 热量核算1、热量核算（ 1）壳程对流传热系数当量直径：4t2222d040.785d40.0320.0250.027med03.140.025壳程流通截面积：0D1d00.150.310.0250.0098m2S ht0.032壳程流体流速： u01000360010290.028m0.0098s雷诺数： R e0.020.0281029271.80.00212普兰特准数： Pr3.831032.1210 314.50.560.14粘度校正：w0.95因为 Re500所以选取凯恩公式：0.1400.5Re 0.507 Pr1 3d 1w0.5 0.5627

10、1.80.507 14.51 3 0.95 556 w20.02m KWord 文档2、管程对流传热系数：管程流体流通截面积：Sd216216210.785 0.020.00127m1444管程流体流速： u145723600998.71.0 m0.00127s雷诺数： Re0.021998.7100000.001094518249pr4.1851031.0945103普兰特准数：0.59127.7510.0231Re0.8pr 0.4d10.0230.5912182490.87.750.43955 w m2K0.02查表可知污垢热阻：管侧污垢热阻： R10.000176 m 2 kkW 1管

11、侧污垢热阻： R 00.00058 m 2kkW1传热系数： Ke1d0R1 d0b d0011d1d1dR0m1335.87w m2K0.0250.000176 0.0250.0025 0.0250.0005813955 0.020.0245.3 0.0225556计算传热面积为：Q1m31.9 1032A6.4mct335.8714.9Ke换热器的实际传热面积为： Apnd0l16 3.14 0.025 6 7.54Word 文档面积裕度： ApAc7.546.417.8%Ac6.4传热面积裕度合适（ 15%20%），该换热器能够完成生产任务6.2 、换热器流体的流动阻力（ 1）管程流体阻

12、力ptpp2N N Fs1s pFs1.4Np5Ns11lu26998.71pd20.045992.20.022p23u23998.7121498.0522p5992.21498.05 1.4 5 152431.7560Kpat管程阻力在允许围之。（2）壳程阻力s12s spppF NFs1.15Ns121Ff0cbu0pnN12F 0.4 （转角正方形） Nb 39由于 Re0d0 u00.025 0.028 998.7638 5000.0010945所以： f 05.0Re 00.2281.15nc1.19164.76p10.41.154.7640998.70.028234.29 pa2W

13、ord 文档折流板缺口的阻力：pN2hu0223.5bD23920.15998.70.02823.50.3238.62ps34.2938.621.1583.85 60kpa壳程阻力在允许围之。附表 1换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流量 / （Kg/h)45721000进（出）口温度 / 14（20）50（20）压力 /kPa520.39定性温度 / 1735密度 /Kg/m3998.71029定压比热容4.1853.83物性/kJ/(kg/ )黏度 /Pa ·s0.00109450.00212热导率 /W/(m · )0.59120.56普朗特数7.7514.5形

14、式浮头式壳程数1壳体径 /mm300台数1设备结管径 /mm 25*2.5管心距 /mm32管长 /mm6000管子排列错正方形构参数管数目/根16折流板数 / 个39传热面积 /m27.54折流板间距 /mm150管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速 / （m/s）1.00.028表面传热系数 W/(m2·）3955556污垢热阻 /(m2* /W）0.0000580.000172阻力 /Pa52431.7588.5热流量 /kW39.1传热温差 / 14.9传热系数 /W/m2* 335.87裕度 /%17.8Word 文档7、离心泵的选择本次任务所设计的牛奶灭菌后冷却系统流量为0.98 立方米每小时，需要的离心泵为小型离心泵， 由于牛奶有少许固体， 所以可以