食品工程原理設(shè)計說明書_9236

1、.食品工程原理課程設(shè)計說明書高溫滅菌后牛奶所需冷卻器的設(shè)計：學(xué)號：班級：.2目錄一、設(shè)計意義-2二、主要參數(shù)及符號說明說明-3三、設(shè)計計算-41、確定設(shè)計方案-42、確定物性數(shù)據(jù)-4- 1 -3、計算總傳熱系數(shù)-54、計算傳熱面積-55、工藝結(jié)構(gòu)尺寸-56、換熱器核算-86.1熱量核算-86.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力-106.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果總表-117、離心泵的選擇-12四、參考文獻(xiàn)- 2 -12一、 設(shè)計意義換熱器的目的在于換熱，在于節(jié)約公司生產(chǎn)成本或達(dá)到更好的產(chǎn)品，一個好的設(shè)計不僅源自于好的設(shè)計理念，設(shè)計者的學(xué)習(xí)素養(yǎng)也必不可少。我們現(xiàn)在就處于培養(yǎng)自己學(xué)術(shù)水平和學(xué)習(xí)習(xí)慣的階

2、段。通過本次課程設(shè)計， 培養(yǎng)我們學(xué)生多方位、綜合的分析考察工程實(shí)際問題的能力。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（ 1）提高團(tuán)隊(duì)意識。一個好的設(shè)計往往都是由于一個團(tuán)隊(duì)的不懈努力，通過這次設(shè)計的機(jī)會大家在一起交流一起努力，提出問題并共同解決，不僅提高了工作的效率也增強(qiáng)了大家的感情。（ 2）設(shè)計的表達(dá)能力。 工程設(shè)計完成后， 往往交付他人實(shí)施或與他人交流，因此，在工程設(shè)計和完成過程中，都需要將設(shè)計的理念、理想、設(shè)計過程和結(jié)果用文字、圖紙和表格的形式表達(dá)出來。只有完整、流暢、- 3 -正確地表達(dá)出來的工程設(shè)計的內(nèi)容，才可能被他人理解、接受，順利付諸實(shí)施。（ 3）資料的查閱、收集、整理和分析的能力。要科學(xué)、合理

3、、有創(chuàng)新地完成一項(xiàng)設(shè)計，往往需要各種數(shù)據(jù)和相關(guān)資料。因此，資料、文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)的查找、收集是工程設(shè)計必不可少的基礎(chǔ)工作。（ 4）工程的設(shè)計計算能力和綜合評價的能力。為了使設(shè)計合理要進(jìn)行大量的工藝計算和設(shè)備設(shè)計計算。計算結(jié)束以后還要在一起評價設(shè)計的優(yōu)缺點(diǎn)，并改進(jìn)。使設(shè)計盡量完美。通過本設(shè)計不僅可以進(jìn)一步鞏固所學(xué)的相關(guān)知識，提高學(xué)生學(xué)以致用的綜合能力。尤其對傳熱學(xué)、 流體力學(xué)等相關(guān)課程的熟悉，同時還可以培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、注重實(shí)踐和學(xué)習(xí)嚴(yán)謹(jǐn)、 作風(fēng)踏實(shí)的品格。 為以后走上工作崗位打下堅實(shí)而且可靠的基礎(chǔ)。二、 主要參數(shù)及符號說明主要參數(shù)：處理能力： 1000kg/h設(shè)備類型：浮頭式換熱器- 4 -操作條件

4、：冷卻介質(zhì)：入口溫度：14，出口溫度： 20果漿：入口溫度： 50，出口溫度： 20主要符號：三、設(shè)計計算牛奶加工過程中，需要將高溫滅菌后的牛奶進(jìn)行冷卻。現(xiàn)需將流量為1000kg/h 的牛奶從溫度 50冷卻至 20，以河水為冷卻介質(zhì)， 可取進(jìn)水溫度為- 5 -1326 ，要求換熱器的管程和殼程壓強(qiáng)降均不大于60kPa。已知牛奶的粘度為2.12mPa·s（35 ）。現(xiàn)需一臺換熱器滿足以上的要求。1、確定設(shè)計方案本設(shè)計將牛奶冷卻，使用天然的河水作為冷卻介質(zhì)， 河水為較易結(jié)垢的物質(zhì)，所以應(yīng)該選用浮頭式換熱器，浮頭式換熱器兩端的管板有一端可以沿軸向浮動，這種結(jié)構(gòu)不僅完全消除了熱應(yīng)力，而且整個

5、管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。2、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。殼程牛奶的定性溫度為：5020T35()2管程冷卻水的定性溫度為：1420)T17(2牛奶在 35下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)：m01029kg m 3Cp03.83kJ kg 10 0.56w m 1 K 100.00212 pa s冷卻水在 17下的物性數(shù)據(jù)：m1998.7kg m 3Cp14.185kJ kg 11 0.5912w m 1 K 110.0010945pa s- 6 -3、計算總傳熱系數(shù)（1）熱流量Q00 pt01000× ×w C036003.83 (50 20) 31.9

6、( kW )（2）平均傳熱溫差(5020)(2014)tmln 502014.92014（3）冷卻水用量m=Q0131.910311t31.27kg s 4572kg hCp4.18510(20 14)4、計算傳熱面積根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值假設(shè) K 值取 280，則估計的換熱面積為：A037.65m2Q31.9 10Ktm280 14.9考慮外界因素影響，取實(shí)際傳熱面積為估算的1.15 倍，則實(shí)際傳熱面積為：Ap1.15A8.8m25、工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計1、選用 25mm ×2.5mm 的碳鋼管為傳熱管，管內(nèi)流速取u=1m/s 。2、管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：- 7

7、-4572V3600998.74Ns22u0.7850.021di4A8.8p單程長度： L28md 0 Ns3.14 0.025 4按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)管設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長L=6m ，則該換熱器的管程數(shù)為：L284管程N(yùn)p6l傳熱管總根數(shù)：n=4 ×4=16根3、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)50-20平均溫差校正系數(shù)：R20-14 =520 14P0.250 20按單殼程多管程結(jié)構(gòu)，查圖得：- 8 -t 0.85由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大， 故取單殼程合適。平均傳熱溫差：tmttm0.85 14.912.

8、674、傳熱管排列和分程方法采用正方形錯列：管心距t1.25d 0t1.252531.2532mm隔板中心到離最近一排管中心的距離：t32S6622mm225、殼體內(nèi)經(jīng)管板利用率0.5N16D1.05 t 1.05 32 190 mm 0.5圓整并根據(jù)常用取D=300mm6、折流板的選取采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)經(jīng)的25%，則切去的圓缺高度為：H0.2530075mm- 9 -板間距： h0.4 D150mm折流板數(shù)目：N b傳熱管長-1=6個傳流板間距-1=390.157、其他附件拉桿數(shù)量與直徑按表選取，本換熱器殼體內(nèi)經(jīng)為300mm ，故：拉桿直徑為12 ，拉桿數(shù)量不得少于

9、 4。6、換熱器核算6.1 熱量核算1、熱量核算（ 1）殼程對流傳熱系數(shù)當(dāng)量直徑：4 t2222d040.78540.0320.025de0.027md03.14 0.025殼程流通截面積：S0 h D1d00.15 0.30.0252t10.0098m0.032殼程流體流速： u01000360010290.028m0.0098s0.020.0281029271.8雷諾數(shù)： R e0.00212-10-3.831032.1210 3普蘭特準(zhǔn)數(shù)： Pr0.5614.50.14粘度校正：0.95w因?yàn)?Re500所以選取凱恩公式：0.1400.5Re 0.507 Pr1 3d 1w0.5 0.5

10、6271.80.507 14.51 3 0.95 556 w20.02m K2、管程對流傳熱系數(shù)：管程流體流通截面積：Sd216216210.785 0.020.00127m1444管程流體流速： u145723600998.71.0 m0.00127s雷諾數(shù)： Re0.021998.7100000.001094518249pr4.1851031.0945103普蘭特準(zhǔn)數(shù)：0.59127.7510.0231Re0.8pr 0.4d10.0230.5912182490.87.750.43955 w m2K0.02查表可知污垢熱阻：-11-管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：R10.000176 m2 kkW 1管內(nèi)

11、側(cè)污垢熱阻： R 00.00058 m 2kkW1Ke1傳熱系數(shù)：R1 d0b d01d0R01d1d1m0d1335.87w m2K0.0250.000176 0.0250.0025 0.0250.0005813955 0.020.0245.3 0.0225556計算傳熱面積為：Q131.9 1032A6.4mc335.87 14.9Ke tm換熱器的實(shí)際傳熱面積為：Ap nd0 l 16 3.14 0.025 6 7.54面積裕度：ApAc7.546.4Ac6.417.8%傳熱面積裕度合適（ 15%20%），該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)6.2、換熱器內(nèi)流體的流動阻力（ 1）管程流體阻力ptp1

12、p2 NsNpFsFs1.4Np5Ns1p1lu26998.71d20.045992.20.022p23u23998.712221498.05pt5992.21498.05 1.4 5 1 52431.7560Kpa管程阻力在允許范圍之內(nèi)。（2）殼程阻力-12-psp1p2 FsNsFs1.15Ns12pFfnN0011cbu2F 0.4 （轉(zhuǎn)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殼程阻力在允許范圍之內(nèi)。附表 1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果參數(shù)管程殼程流量 / （Kg/h)45721000-13-進(jìn)（出）口溫度 / 14（20）50（20）壓力 /kPa520.39定性溫度 / 1735密度 /Kg/m3998.71029定壓比熱容4.1853.83物性/kJ/(kg/ )黏度 /Pa·s0.00109450.00212熱導(dǎo)率 /W/(m ·)0.59120.56普朗特數(shù)7.7514.5形式浮頭式

14、殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑 /mm300臺數(shù)1管徑 /mm25*2.5管心距 /mm32設(shè)備結(jié)管長 /mm6000管子排列錯正方形構(gòu)參數(shù)管數(shù)目/根16折流板數(shù) / 個39折流板間距傳熱面積 /m27.54/mm150管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速 / （m/s ）1.00.028表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) W/(m2 ·）3955556污垢熱阻 /(m2* /W ）0.0000580.000172阻力 /Pa52431.7588.5-14-熱流量 /kW39.1傳熱溫差 / 14.9傳熱系數(shù) /W/m2* 335.87裕度 /%17.87、離心泵的選擇本次任務(wù)所設(shè)計的牛奶滅菌后冷卻系統(tǒng)流量為0.98 立方米每小時，需要的離心泵為小型離心泵， 由于牛奶有少許固體， 所以可以選擇食品流程泵，這