食品工程原理设计说明书

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、确立设计方案------------------------------------------------------------------42、确立物性数据------------------------------------------------------------------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、参照文件--------------------------------------------------------------------------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，一个好的设计不只源自于好的设计理念，设计者的学习涵养也必不能够少。我们此刻就处于培育自己学术水平易学习习惯的阶段。经过本次课程设计，培育我们学生多方向、综合的剖析观察工程实诘问题的能力。主要表此刻以下几个方面：（1）提升团队意识。一个好的设计常常都是因为一个团队的不懈努力，经过此次设计的时机大家在一起交流一起努力，提出问题并共同解决，不只提升了工作的效率也加强了大家的感情。2）设计的表达能力。工程设计完成后，常常交付别人实行或与别人交流，所以，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。只有圆满、流利、正确地表达出来的工程设计的容，才可能被别人理解、接受，顺利付诸实行。3）资料的查阅、采集、整理和剖析的能力。要科学、合理、有创新地完成一项设计，常常需要各种数据和相关资料。所以，资料、文件和数据的查找、采集是工程设计必不能够少的基础工作。4）工程的设计计算能力和综合讨论的能力。为了使设计合理要进行大批的工艺计算和设备设计计算。计算结束此后还要在一起讨论设计的优弊端，并改进。使设计尽量圆满。经过本设计不只能够进一步牢固所学的相关知识，提升学生学致使用的综合能力。特别对传热学、流体力学等相关课程的熟习，同时还可以够培育学生尊敬科学、重视实践和学习慎重、作风扎实的道德。为此后走上工作岗位打下牢固而且靠谱的基础。Word文档`二、主要参数及符号说明主要参数：办理能力：1000kg/h设备种类：浮头式换热器操作条件：冷却介质：进口温度：14℃，出口温度：20℃果浆：进口温度：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13~26℃，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、确立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，所以应当采纳浮头式换热器，浮头式换热器两端的管板有一端能够沿轴向浮动，这类结构不只圆满除掉了热应力，并且整个管制能够从壳体中抽出，便于冲刷和检修。2、确立物性数据定性温度：可取流体进出口温度的均匀值。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℃下的相关物性数据：m01029kgm3Cp03.83kJkg10.56wm1K100.00212pas冷却水在17℃下的物性数据：m1998.7kgm3Cp14.185kJkg10.5912wm1K110.0010945pasWord文档`3、计算总传热系数（1）热流量Q00p0t01000××wC36003.83(5020)31.9(kW)（2）均匀传热温差(5020)(2014)tmln502014.9℃2014（3）冷却水用量m=Q031.91031Cp1t14.185103(2014)1.27kgs4572kgh4、计算传热面积依据经验值假设K值取280，则预计的换热面积为：3AQ031.9107.65m2Ktm28014.9考虑外界要素影响，取实质传热面积为预计的1.15倍，则实质传热面积为：Ap1.15A8.8m25、工艺结构尺寸的设计1、采纳ф25mm×2.5mm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立单程传热管数：4572V3600998.7Ns242diu0.7850.0214Word文档`Ap8.8单程长度：L28md0Ns3.140.0254按单程管设计，传热管过长，宜采纳多管程结构。依据本设计实质状况，采纳标准管设计，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、均匀传热温差校订及壳程数50-20均匀温差校订系数：R20-14=52014P0.25020按单壳程多管程结构，查图得：0.85因为均匀传热温差校订系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程适合。均匀传热温差：tmttm0.8514.912.67℃Word文档`4、传热管摆列和分程方法采纳正方形错列：管心距t1.25d0t1.252531.2532mm隔板中心到离近来一排管中心的距离：t32S6622mm225、壳体经管板利用率0.5N16D1.05t1.0532190mm0.5圆整并依据旧用取D=300mm6、折流板的采纳采纳弓形折流板，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：h0.4D150mm折流板数目：传热管长-1=6个Nb-1=39传流板间距0.157、其余附件拉杆数目与直径按表采纳，本换热器壳体经为300mm，故：拉杆直径为12，拉杆数目不得少于4。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：0D1d00.150.310.0250.0098m2Sht0.032壳程流体流速：u01000360010290.028m0.0098s雷诺数：Re0.020.0281029271.80.00212普兰特准数：Pr3.831032.1210314.50.560.14粘度校订：w0.95因为Re500所以采纳凯恩公式：0.1400.5Re0.507Pr13d1w0.50.56271.80.50714.5130.95556w20.02mKWord文档`2、管程对流传热系数：管程流体流通截面积：Sd216216211444管程流体流速：u145723600998.71.0m0.00127s雷诺数：Re0.021998.7100000.001094518249pr4.1851031.0945103普兰特准数：0.59127.7510.0231Re0.8pr0.4d10.0230.5912182490.87.750.43955wm2K0.02查表可知污垢热阻：管侧污垢热阻：R10.000176m2kkW1管侧污垢热阻：R00.00058m2kkW1传热系数：Ke1d0R1d0bd0011d1d1dR0m1335.87wm2K0.0250.0001760.0250.00250.0250.00058139550.020.0245.30.0225556计算传热面积为：Q1m31.91032ct335.8714.9Ke换热器的实质传热面积为：Apnd0l163.140.02567.54Word文档`面积裕度：ApAc7.546.417.8%Ac6.4传热面积裕度适合（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）管程流体阻力ptpp2NNFs1spFs1.4Np5Ns11lu26998.71pd20.045992.20.022p23u23998.7121498.0522p1.45152431.7560Kpat管程阻力在赞成围之。（2）壳程阻力s12sspppFNFs1.15Ns121Ff0cbu020.4（转角正方形）Nb39因为Re0d0u00.0250.028998.76385000.0010945所以：f05.0Re00.2281.15nc1.19164.76p10.41.154.7640998.70.028234.29pa2Word文档`折流板缺口的阻力：pN2hu0223.5bD23920.15998.70.02823.50.3238.62ps34.2938.621.1583.8560kpa壳程阻力在赞成围之。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形式浮头式壳程数1壳体径/mm300台数1设备结管径/mmΦ25*2.5管心距/mm32管长/mm6000管子摆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