食品工程原理课程设计任务书及提交要求

设计题目：换热器的设计—水冷却牛奶的列管式换热器的设计班级:食品1203姓名:王雕学号:20123806班级:食品1203姓名:罗雯学号:20123818班级:食品1203姓名:周栎学号:20123835班级:食品1203姓名:龚燕学号:20123855指导教师：李凤设计成绩：进度_______________说明书_______________图纸_______________总分_______________日期：2014年5月11日西南科技大学生命科学与工程学院目录一．设计任务和设计条件..............................................31、设计题目：换热器的设计—水冷却牛奶...............................32、设计条件：.......................................................33、设计任务：.......................................................3二、设计方案简介....................................................31、选择换热器的类型.................................................42、管程安排.........................................................43、流向的选择.......................................................4三、确定物性数据....................................................4四、试算和初选换热器的规格..........................................51.计算热负荷和冷却水流量............................................52.计算两流体的平均温度差。暂按单壳程、多管程进行计算。..............53.初选换热器规格....................................................6五、核算总传热系数..................................................71、管程的给热系数...................................................72、壳程的给热系数...................................................73、污垢热阻.........................................................84、计算总传热系数K.................................................85、传热面积裕度.....................................................86、壁温计算.........................................................9六、核算压强降.....................................................101.管程压强降.......................................................112.壳程压强降.......................................................12七、辅助设备的计算及选型...........................................121、管箱............................................................132、封头............................................................133、折流板..........................................................134、接管............................................................135、导流筒...........................................................146、放气孔、排气孔...................................................14八、设计结果一览表.................................................15九、对设计的评述...................................................16参考文献...........................................................17附录：参考图纸.....................................................18一、设计任务和设计条件1、设计题目：用水冷却牛奶、脱脂牛奶的列管式换热器的设计2、设计条件(1)牛奶处理量：吨/小时73进口温度：100℃、出口温度：30℃。压强降：管程＜80kPa壳程＜50kPa(2)冷却水进口温度：（20～25范围选择）℃、出口温度：（30～35范围选择）℃。3、设计任务：(1)根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板等。(2)绘制列管式换热器的装配图。(3)编写课程设计说明书。4、设计时间：2014年5月7日～2014年6月6日2410020学号后位平均值二、设计方案简介1、选择换热器的类型化情况:热流体（牛奶）100℃出口温度30℃；冷流体（水）进口温度20℃，出口温度30℃，由两流体的温差来看，由于两流体温差（100+30）/2-（20+30）/2=40℃50℃,估计换热器的管壁温度和壳体壁温度不会很大，但冬季操作时，进口温度会发生变化，考虑到该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差增大，同时便于污垢清洗。因此初步确定选用浮头式换热器。2、流动空间及流速的确定从两物流的操作压力看，应使牛奶走管程，循环冷却水走壳程。所设计换热器用于冷却牛奶，牛奶粘度较大，易结垢，易腐蚀管道，所以选用浮头式换热器，浮头便于拆卸、清洗。综上所述，换热器选择浮头式，牛奶走管程，循环冷却水走壳程。选用mmmm5.225的不锈钢管，管内流速取smui/5.0。3、流向的选择当冷，热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，所需要的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然在一般情况下，逆流操作总是优于并流。三、确定物性系数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。管层牛奶的定性温度为：T=（100+30）/2=65℃壳程冷却水的定性温度为：t=（20+30）/2=25℃定性温度下流体的物性，见下表：定性温度下流体的物性温度/℃密度kg/m3比热容KJ/(kg·℃)粘度Pa·s热导率kJ/(m·℃)管程牛奶6510303.91.53100.53壳程水25996.94.180.000900.6083四、试算和初选换热器的规格1、计算热负荷和冷却水流量热负荷量:Q=WCp(21TT)=730003.9(100-30)=7102kJ/hKW6.5555冷却水量:W=Q/Cp(tt12)=203018.41027=51078.4kg/h2、计算两流体的平均温度差逆流时平均温差为：83.301070ln1070ln2121tttttm℃而：EA=2112tTtt=8010201002030=0.125RA=71070203030100t1221ttT查表得：tF=0.775所以mt30.83x0.775=23.89℃3、初选换热器规格根据两流体的情况，设K=530,故，8.43889.235305555600mtKQS2m据此，由换热器系列标准中选定换热器，有关参数见表4-1。表4-1换热器相关参数壳径D（mm）1200管子尺寸（mm）25×2.5公称压强（MPa）2.5管长L（m）6公称面积（m2）468.2管子总数n(mm)1348管程Ai（m2）0.0396管心距t管程数Np6管子排列方式正方形旋转45度中心排管数27实际传热面积S0=0S=ndl=1384x3.14x6x0.019=482.5(2m)若选择该型号的换热器，则要求过程的总传热系数为：48289.235.48255556000mtSQK五、校核传热系数1、管程传热系数20396.0mAi5.010300.03963600/73000uiVVSim/s5150105.110305.0015.0Re3iiiiiud（过渡流）04.1153.0105.1109.3/pr33iiCP流体被冷却n=0.3875.0Re10618.15c/w25.1362023.028.0imPRdnriei2、壳程的传热系数管心24019.025.125.1dlmm标准参数25mm折流板间距B=450mm,则流体通过管间最大截面积为)(1125.0)025.0/019.01(2.145.0)/1(200mldBDA18.19.9961125.03600/478000u00AVsm/s01962.0019.0)019.04024.0(4)4(4220202ddldem25.25644109.09.99618.101962.0Re300000ude18.66083.0109.01018.4Pr33000Cp流体被加热05.114.0wuucmwuuPRw214.031r055.0e0e00/5687d36.03、污垢热阻查阅资料管侧，壳侧的污垢热阻分别取管外侧污垢热阻：Wmr/00017197.021℃管内侧污垢热阻：Wmr/00017197.020℃4、计算总传热系数K不锈钢热导率4.17001624.025.1362015.0019.02015.0019.0/019.04.17/2015.0019.0015.0019.000017197.000017197.0568711100000iimiiddddbddrrkk=615.765、传热面积裕度计算传热面积2137889.2376.6155555600mtKQSmec该换热器的实际传热面积为205.482mdlnS该换热器的面积裕度为%9.233783782.4680CCSSSH传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。六、壁温计算由于换热器的换热管内侧热阻较大，会使传热管壁为你升高，减低了传热管的壁温之差，但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管壁温差可能较大，计算应按最不利的换热条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。壁温：27