食品工程原理设计说明书_9236

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-4- 1 -3、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换热器内流体的流动阻力-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- 2 -12一、 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术水平和学习习惯的阶

2、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、- 3 -正确地表达出来的工程设计的内容，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。要科学、合理

3、、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。二、 主要参数及符号说明主要参数：处理能力： 1000kg/h设备类型：浮头式换热器- 4 -操作条件

4、：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：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- 5 -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力，而且整个

5、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 s- 6 -3、计算总传热系数（1）热流量Q00 pt01000× ×w C036003.83 (50 20) 31.9

6、( kW )（2）平均传热温差(5020)(2014)tmln 502014.92014（3）冷却水用量m=Q0131.910311t31.27kg s 4572kg hCp4.18510(20 14)4、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：A037.65m2Q31.9 10Ktm280 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 ×2.5mm 的碳钢管为传热管，管内流速取u=1m/s 。2、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：- 7

7、-4572V3600998.74Ns22u0.7850.021di4A8.8p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：L284管程Np6l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：- 8 -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、674、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、壳体内经管板利用率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内经的25%，则切去的圆缺高度为：H0.2530075mm- 9 -板间距： h0.4 D150mm折流板数目：N b传热管长-1=6个传流板间距-1=390.157、其他附件拉杆数量与直径按表选取，本换热器壳体内经为300mm ，故：拉杆直径为12 ，拉杆数量不得少于

9、 4。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：4 t2222d040.78540.0320.025de0.027md03.14 0.025壳程流通截面积：S0 h D1d00.15 0.30.0252t10.0098m0.032壳程流体流速： u01000360010290.028m0.0098s0.020.0281029271.8雷诺数： R e0.00212-10-3.831032.1210 3普兰特准数： Pr0.5614.50.14粘度校正：0.95w因为 Re500所以选取凯恩公式：0.1400.5Re 0.507 Pr1 3d 1w0.5 0.5

10、6271.80.507 14.51 3 0.95 556 w20.02m K2、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：-11-管内侧污垢热阻：R10.000176 m2 kkW 1管内

11、侧污垢热阻： R 00.00058 m 2kkW1Ke1传热系数：R1 d0b d01d0R01d1d1m0d1335.87w m2K0.0250.000176 0.0250.0025 0.0250.0005813955 0.020.0245.3 0.0225556计算传热面积为：Q131.9 1032A6.4mc335.87 14.9Ke tm换热器的实际传热面积为：Ap nd0 l 16 3.14 0.025 6 7.54面积裕度：ApAc7.546.4Ac6.417.8%传热面积裕度合适（ 15%20%），该换热器能够完成生产任务6.2、换热器内流体的流动阻力（ 1）管程流体阻力ptp1

12、p2 NsNpFsFs1.4Np5Ns1p1lu26998.71d20.045992.20.022p23u23998.712221498.05pt5992.21498.05 1.4 5 1 52431.7560Kpa管程阻力在允许范围之内。（2）壳程阻力-12-psp1p2 FsNsFs1.15Ns12pFfnN0011cbu2F 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 pa2折流

13、板缺口的阻力：p2Nb2hu023.52D3920.15998.70.02823.50.3238.62ps34.2938.621.1583.85 60kpa壳程阻力在允许范围之内。附表 1换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流量 / （Kg/h)45721000-13-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设备结管长 /mm6000管子排列错正方形构参数管数目/根16折流板数 / 个39折流板间距传热面积 /m27.54/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 /Pa52431.7588.5-14-热流量 /kW39.1传热温差 / 14.9传热系数 /W/m2* 335.87裕度 /%17.87、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， 所以可以选择食品流程泵，这