食品工程原理設(shè)計(jì)說明書

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)說明書高溫滅菌后牛奶所需冷卻器的設(shè)計(jì)：學(xué)號(hào)：班級：2目錄一、設(shè)計(jì)意義 -2二、主要參數(shù)及符號(hào)說明說明-3三、設(shè)計(jì)計(jì)算 -41、確定設(shè)計(jì)方案 -42、確定物性數(shù)據(jù) -43、計(jì)算總傳熱系數(shù) -54、計(jì)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 換熱器流體的流動(dòng)阻力-106.3 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果總表-117、離心泵的選擇 -12四、參考文獻(xiàn) -12Word 文檔一、 設(shè)計(jì)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(gè)好的設(shè)計(jì)不僅源自于好的設(shè)計(jì)理念， 設(shè)計(jì)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)

2、術(shù)水平和學(xué)習(xí)習(xí)慣的階段。 通過本次課程設(shè)計(jì)， 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(gè)方面：（ 1）提高團(tuán)隊(duì)意識(shí)。一個(gè)好的設(shè)計(jì)往往都是由于一個(gè)團(tuán)隊(duì)的不懈努力，通過這次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)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(jì)的表達(dá)能力。 工程設(shè)計(jì)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(jì)和完成過程中，都需要將設(shè)計(jì)的理念、理想、設(shè)計(jì)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、正確地表達(dá)出來的工程設(shè)計(jì)的容，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

3、科學(xué)、合理、有創(chuàng)新地完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)，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(jì)必不可少的基礎(chǔ)工作。（ 4）工程的設(shè)計(jì)計(jì)算能力和綜合評價(jià)的能力。為了使設(shè)計(jì)合理要進(jìn)行大量的工藝計(jì)算和設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算結(jié)束以后還要在一起評價(jià)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，并改進(jìn)。使設(shè)計(jì)盡量完美。通過本設(shè)計(jì)不僅可以進(jìn)一步鞏固所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，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(shí)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(jiān)實(shí)而且可靠的基礎(chǔ)。Word 文檔二、 主要參數(shù)及符號(hào)說明主要參數(shù)：處理能力： 1000kg/h設(shè)備類型：浮頭式

4、換熱器操作條件：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(hào)：Word 文檔三、設(shè)計(jì)計(jì)算牛奶加工過程中，需要將高溫滅菌后的牛奶進(jìn)行冷卻?，F(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）?，F(xiàn)需一臺(tái)換熱器滿足以上的要求。1、確定設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)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(dòng)，這種結(jié)構(gòu)不僅完全消除了熱應(yīng)

5、力，而且整個(gè)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 sWord 文檔3、計(jì)算總傳熱系數(shù)（1）熱流量Q00p0t01000× ×w C36003.83 (50 2

6、0) 31.9( kW )（2）平均傳熱溫差(5020)(2014)tmln 502014.92014（3）冷卻水用量m=Q031.91031Cp1 t14.185103 (20 14)1.27kg s4572kg h4、計(jì)算傳熱面積根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值假設(shè) K 值取 280，則估計(jì)的換熱面積為：3AQ031.9 107.65m2K tm280 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(jì)1、選用25mm×2.5 mm的碳鋼管為傳熱管，管流速取u=1m/s。2、管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：

7、4572V3600998.7Ns242diu0.7850.0214Word 文檔Ap8.8單程長度： L28md 0 Ns3.14 0.025 4按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)管設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長L=6m，則該換熱器的管程數(shù)為：L28Np4管程l6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：t 0.85由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8 ，同時(shí)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、67Word 文檔4、傳熱管排列和分程方法采用正方形錯(cuò)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經(jīng)的25%，則切去的圓缺高度為：H0.2530075mm板間距： h0.4 D150mm折流板數(shù)目：傳熱管長-1=6個(gè)N b-1=39傳流板間距0.157、其他附件拉桿數(shù)量與直徑按表選取，本換熱器殼體經(jīng)為300mm，故：拉桿直徑為12 ，拉桿數(shù)量不得少于 4

9、。Word 文檔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：4t2222d040.785d40.0320.0250.027med03.140.025殼程流通截面積：0D1d00.150.310.0250.0098m2S ht0.032殼程流體流速： u01000360010290.028m0.0098s雷諾數(shù)： R e0.020.0281029271.80.00212普蘭特準(zhǔn)數(shù)： Pr3.831032.1210 314.50.560.14粘度校正：w0.95因?yàn)?Re500所以選取凱恩公式：0.1400.5Re 0.507 Pr1 3d 1w0.5 0.5627

10、1.80.507 14.51 3 0.95 556 w20.02m KWord 文檔2、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：管側(cè)污垢熱阻： R10.000176 m 2 kkW 1管

11、側(cè)污垢熱阻： R 00.00058 m 2kkW1傳熱系數(shù)： Ke1d0R1 d0b d0011d1d1dR0m1335.87w m2K0.0250.000176 0.0250.0025 0.0250.0005813955 0.020.0245.3 0.0225556計(jì)算傳熱面積為：Q1m31.9 1032A6.4mct335.8714.9Ke換熱器的實(shí)際傳熱面積為： Apnd0l16 3.14 0.025 6 7.54Word 文檔面積裕度： ApAc7.546.417.8%Ac6.4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 、換熱器流體的流動(dòng)阻力（ 1）管程流體阻

12、力ptpp2N N Fs1s pFs1.4Np5Ns11lu26998.71pd20.045992.20.022p23u23998.7121498.0522p5992.21498.05 1.4 5 152431.7560Kpat管程阻力在允許圍之。（2）殼程阻力s12s spppF NFs1.15Ns121Ff0cbu0pnN12F 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 pa2W

13、ord 文檔折流板缺口的阻力：pN2hu0223.5bD23920.15998.70.02823.50.3238.62ps34.2938.621.1583.85 60kpa殼程阻力在允許圍之。附表 1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流量 / （Kg/h)45721000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?cái)?shù)7.7514.5形

14、式浮頭式殼程數(shù)1殼體徑 /mm300臺(tái)數(shù)1設(shè)備結(jié)管徑 /mm 25*2.5管心距 /mm32管長 /mm6000管子排列錯(cuò)正方形構(gòu)參數(shù)管數(shù)目/根16折流板數(shù) / 個(gè)39傳熱面積 /m27.54折流板間距 /mm150管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計(jì)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熱流量 /kW39.1傳熱溫差 / 14.9傳熱系數(shù) /W/m2* 335.87裕度 /%17.8Word 文檔7、離心泵的選擇本次任務(wù)所設(shè)計(jì)的牛奶滅菌后冷卻系統(tǒng)流量為0.98 立方米每小時(shí)，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