過程工程原理課程設(shè)計(jì)-發(fā)酵補(bǔ)料液（43000Kgh）連續(xù)滅菌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 過程工程原理課程設(shè)計(jì) 題 目 發(fā)酵補(bǔ)料液（43000Kg/h）連續(xù)滅菌系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名 完成日期 TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc17753 1. 設(shè)計(jì)方案簡介 PAGEREF _Toc17753 4 HYPERLINK l _Toc2424 1.1 換熱器類型的選擇 PAGEREF _Toc2424 4 HYPERLINK l _Toc22853 1.2 加熱劑、冷卻劑的選擇 PAGEREF _Toc22853 5 HYPERLINK l _Toc13011 1.3 流體流動空間的選擇 PAGEREF _Toc13011 5 HYPERLINK l _Toc13

2、048 1.4 流體進(jìn)出口溫度的選擇 PAGEREF _Toc13048 5 HYPERLINK l _Toc5392 1.5 換熱器材質(zhì)的選擇 PAGEREF _Toc5392 5 HYPERLINK l _Toc27744 1.6初步流程圖 PAGEREF _Toc27744 6 HYPERLINK l _Toc4284 2.工藝計(jì)算 PAGEREF _Toc4284 7 HYPERLINK l _Toc5481 2.1換熱器（加熱器）計(jì)算 PAGEREF _Toc5481 7 HYPERLINK l _Toc21927 2.1.1熱量計(jì)算 PAGEREF _Toc21927 7 HYPE

3、RLINK l _Toc7562 2.1.2K值 A值計(jì)算 PAGEREF _Toc7562 7 HYPERLINK l _Toc4537 2.1.3管壁溫度 PAGEREF _Toc4537 8 HYPERLINK l _Toc24727 2.1.4殼體壁溫 PAGEREF _Toc24727 8 HYPERLINK l _Toc1259 2.1.5溫度補(bǔ)償 PAGEREF _Toc1259 8 HYPERLINK l _Toc27539 2.2冷卻器1計(jì)算 PAGEREF _Toc27539 9 HYPERLINK l _Toc26977 2.2.1熱量計(jì)算 PAGEREF _Toc269

4、77 9 HYPERLINK l _Toc5270 2.2.2面積A與K值計(jì)算 PAGEREF _Toc5270 9 HYPERLINK l _Toc14156 2.2.3管壁溫度 PAGEREF _Toc14156 10 HYPERLINK l _Toc27550 2.2.4殼體壁溫 PAGEREF _Toc27550 10 HYPERLINK l _Toc7416 2.2.5溫度補(bǔ)償 PAGEREF _Toc7416 10 HYPERLINK l _Toc29416 2.3冷卻器2 PAGEREF _Toc29416 10 HYPERLINK l _Toc29774 2.3.1熱量計(jì)算 P

5、AGEREF _Toc29774 10 HYPERLINK l _Toc25325 2.3.2K值 A值計(jì)算 PAGEREF _Toc25325 11 HYPERLINK l _Toc8062 2.3.3管壁溫度 PAGEREF _Toc8062 11 HYPERLINK l _Toc24880 2.3.4殼體壁溫 PAGEREF _Toc24880 12 HYPERLINK l _Toc28313 2.3.5溫度補(bǔ)償 PAGEREF _Toc28313 12 HYPERLINK l _Toc28824 3.輔助設(shè)備的選擇 PAGEREF _Toc28824 13 HYPERLINK l _T

6、oc18140 3.1泵的選擇 PAGEREF _Toc18140 13 HYPERLINK l _Toc24185 3.1.1離心泵對外管路供給的壓頭 PAGEREF _Toc24185 13 HYPERLINK l _Toc31446 3.1.2離心泵對加熱器供給的壓頭 PAGEREF _Toc31446 13 HYPERLINK l _Toc9431 3.1.3離心泵對冷卻器1供給的壓頭 PAGEREF _Toc9431 14 HYPERLINK l _Toc28537 3.1.4離心泵對冷卻器2供給的壓頭 PAGEREF _Toc28537 14 HYPERLINK l _Toc917

7、1 3.1.5離心泵對維持罐供給的壓頭 PAGEREF _Toc9171 14 HYPERLINK l _Toc8733 3.1.6 PAGEREF _Toc8733 15 HYPERLINK l _Toc31332 3.1.7泵的選擇 PAGEREF _Toc31332 15 HYPERLINK l _Toc19996 3.2法蘭和管板的選取 PAGEREF _Toc19996 15 HYPERLINK l _Toc26038 3.3折流板 PAGEREF _Toc26038 16 HYPERLINK l _Toc11603 3.4封頭 PAGEREF _Toc11603 16 HYPERL

8、INK l _Toc5933 4.設(shè)計(jì)一覽表 PAGEREF _Toc5933 17 HYPERLINK l _Toc5051 5.設(shè)計(jì)評述 PAGEREF _Toc5051 19 HYPERLINK l _Toc15150 6.參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc15150 20 HYPERLINK l _Toc15150 7.主要符號說明211. 設(shè)計(jì)方案簡介1.1 換熱器類型的選擇換熱器分類：1、兩流體直接接觸式換熱器：會影響補(bǔ)料液濃度，難以精確控制2、蓄熱式換熱器：常用于回收氣體熱量或冷量，不適用本次設(shè)計(jì)3、間壁式換熱器：應(yīng)用廣，冷熱流體用間壁隔開，不影響料液濃度和染菌可能 考慮本次工藝

9、要求，選擇間壁式換熱器列管式換熱器 HYPERLINK /link?url=hPcRU0W-nlPMxVKUDaDJov5eAUhbJU8EeFKyPSOyXJe_yCCBXiqAOcQC3jVaQ7uLPq0RqyPVUk00kv-IncTYC_JsiHdDMI9TZCMjiWRM3f_/link?url=hPcRU0W-nlPMxVKUDaDJov5eAUhbJU8EeFKyPSOyXJe_yCCBXiqAOcQC3jVaQ7uLPq0RqyPVUk00kv-IncTYC_JsiHdDMI9TZCMjiWRM3f_1.2 加熱劑、冷卻劑的選擇加熱劑：水蒸氣進(jìn)口溫度：151.7（絕壓500k

10、Pa），冷凝水出口溫度：151.7冷卻劑：冷物料，水1.3 流體流動空間的選擇在加熱中，管內(nèi)流熱補(bǔ)料液，殼內(nèi)水蒸氣；第一個(gè)冷卻器中管內(nèi)走熱補(bǔ)料液，殼內(nèi)走冷補(bǔ)料液，第二個(gè)冷卻器管內(nèi)走熱物料，殼內(nèi)走水1.4 流體進(jìn)出口溫度的選擇加熱器:冷料液進(jìn)口溫度65，出口溫度：120冷卻器：滅菌后料液進(jìn)口溫度：120，第二個(gè)冷卻器出口溫度：30左右 第一個(gè)冷卻器冷料液進(jìn)口溫度：25，出口溫度：601.5 換熱器材質(zhì)的選擇 不銹鋼1.6初步流程圖2.工藝計(jì)算2.1換熱器（加熱器）計(jì)算2.1.1熱量計(jì)算由葡萄糖Cp經(jīng)驗(yàn)公式Cp=4.186+2.68110-5T-0.025 09x+7.35710-5Tx-1.56

11、410-7TT-4.13610-7xxkJ/(kgK) 于信令味精工業(yè)手冊M北京：中國輕工業(yè)出版社，1995：已知T平均=（60+120）/2=90將硫酸鎂當(dāng)葡萄糖計(jì)算x=（280+15）/1000=29.5%Cp1=3.161kJ/(kgK)查表得45時(shí)水的比熱容為4.5kJ/(kgK) 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：343-344w1=29.5%,w2=70.5%1/Cp=w1/cp1+w2/cp2=29.5%/3.161+70.5%/4.5得Cp=4.0kJ/(kgK)Q=qm1*Cp(T1-T2)=(43000/3600)*4000*60=2

12、867kw已知500000下水蒸氣溫度為t=151.7 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：333tm=（t1-t2）/ln(t1/t2)=56.52.1.2K值 A值計(jì)算假設(shè)K=2000 W/(m2*k)可得A1=ndl=Q/(Ktm),推出nd=Q/(Kltm).(1)查表得葡萄糖=1.566 g/ml 硫酸鎂=2.66 g/ml 于信令味精工業(yè)手冊M北京：中國輕工業(yè)出版社，1995：957.=1000/(280/1.566+15/2.66+705/0.99)=1.115g/ml=1115kg/m-3因?yàn)閝m=qv*得qv=38.5m3/h由qv=A2

13、u=（nd2）u/4 ,nd2 =4qv/(u)(2 )取u=1m/s l=9m(1)(2)式聯(lián)立得d=16mm n=48 （管子規(guī)格選252.5mm） 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：174d1=20mm d2=25mm代入qv=A2u=（nd2）u/4得n=34,查表得選取規(guī)格為252.5mm ， n=38得u=0.9m/s 正三角形排列，管中心距t=1.25d232mm殼體直徑D=273mm 中心排管數(shù)6 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：78-79查葡萄糖得90=0.001193 Pa*s（葡萄糖在90

14、攝氏度下的粘度找不到用此數(shù)值代替）Re=du/=167814000為湍流經(jīng)驗(yàn)公式 于信令味精工業(yè)手冊M北京：中國輕工業(yè)出版社，1995：957.=0.568 17+1.654 410-3T-3.127 510-3x-6.832710-6Tx-4.234 510-6T2+2.354 510-7x2W/(mK)=0.74W/(mK)Pr=Cp/ =6.51=0.023/d（Re）0.8（Pr）0.4=4301 W/(m2*k)水蒸氣的對流傳質(zhì)系數(shù)為 5000-15000W/(m2*k)，取2=5000 W/(m2*k) 忽略熱損失以及內(nèi)外壁熱阻，1/K實(shí)際=1/1+1/2K實(shí)際=2312W/(m2

15、*k)K的相對誤差=（K估算-K實(shí)際）/K實(shí)際=4.8%A理論=23.1m2A實(shí)際=21.9m2余量=（A實(shí)際-A理論）/A理論=4.8%2.1.3管壁溫度 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：71. 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：殼體壁溫近似等于殼體流體進(jìn)出口算數(shù)平均值151.72.1.5溫度補(bǔ)償 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：86. 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：86.因?yàn)楣鼙跍囟扰c殼體壁溫之差50，所以不需要溫度

16、補(bǔ)償2.2冷卻器1計(jì)算2.2.1熱量計(jì)算Q=qm1Cp1(t1-t2)=qm2Cp2(T4-T3)=ktm AQ=qm1Cp1(t1-t2)=(43000/3600)*4000 *35=1672kW,由于是同一種物質(zhì)所以qm和Cp都不變可得T4=85，沒有達(dá)到30左右所以再加一個(gè)冷卻器，冷卻劑為水。2.2.2面積A與K值計(jì)算假設(shè)K假設(shè)=1600W/(m2*k) tm =tm=（t1-t2）/ln(t1/t2)=52.4Am=ndl=Q/(K假設(shè)tm )qv=A2u=（nd2）u/4 l取9m同上得d=19.3mm n=36 (選擇規(guī)格為252.5mm)=1115kg/m-3d1=20mm,d2

17、=25mm代入qv=A2u=（nd2）u/4得n=34,查表得選取規(guī)格為252.5mm n=38得u=0.9m/s，正三角形排列，管中心距t=1.25d232mm殼體直徑D=273mm 中心排管數(shù)6 已知t=(120+85)/2=102.5，葡萄糖=0.0012Pa*s（假設(shè)值）,Re=du/=16684.054000為湍流=0.568 17+1.654 410-3T-3.127 510-3x-6.832710-6Tx-4.234 510-6T2+2.354 510-7x2W/(mK)=0.74W/(mK)與前者不變Pr=Cp/ =6.51=0.023/d（Re）0.8（Pr）0.3=4291

18、W/(m2*k)假定溶液的強(qiáng)制對流 取2=2500 W/(m2*k)1/ K實(shí)際=1/1+1/2K實(shí)際=1580 W/(m2*k)K的相對誤差=（K估算-K實(shí)際）/K實(shí)際=1.3%A理論=20.20m2A實(shí)際=19.94m2余量=（A實(shí)際-A理論）/A理論=1.3%2.2.3管壁溫度2.2.4殼體壁溫近似等于殼體流體進(jìn)出口算數(shù)平均值42.52.2.5溫度補(bǔ)償因?yàn)楣鼙跍囟扰c殼體壁溫之差50，所以不需要溫度補(bǔ)償2.3冷卻器22.3.1熱量計(jì)算取20攝氏度的飽和水作為冷卻劑Q=qm1Cp1(t1-t2)=qm2Cp2(T4-T3)=ktm AQ=qm1Cp1(t1-t2)=(43000/3600)*

19、4000*55=2628KWtm =tm=（t1-t2）/ln(t1/t2)=302.3.2K值 A值計(jì)算取K=2200W/(m2*k) Am=ndl=Q/(K假設(shè)tm )qv=A2u=（nd2）u/4 方法同上但l取9米得d=10mm n=146（管子規(guī)格選192mm）d1=15mm d2=19mm代入qv=A2u=（nd2）u/4得n=61,查表得選取規(guī)格為192mm ， n=65得u=0.93m/s 正三角形排列，管中心距t=1.25d224mm殼體直徑D=273mm 中心排管數(shù)9 =1115kg/m-3已知在t=(30+85)/2=57.5下，=0.0008Pa*s（假設(shè)值）Re=du

20、/=195084000為湍流=0.568 17+1.654 410-3T-3.127 510-3x-6.832710-6Tx-4.234 510-6T2+2.354 510-7x2W/(mK)=0.74W/(mK)與前者不變Pr=Cp/ =4.31=0.023/d（Re）0.8（Pr）0.3=5513W/(m2*k)水的強(qiáng)制對流 取2=4000 W/(m2*k)1/ K實(shí)際=1/1+1/2K實(shí)際=2318 W/(m2*k)K的相對誤差=（K估算-K實(shí)際）/K實(shí)際=5.1%A理論=39.8m2A實(shí)際=37.7m2余量=（A實(shí)際-A理論）/A理論=5.1%2.3.3管壁溫度2.3.4殼體壁溫近似等

21、于殼體流體進(jìn)出口算數(shù)平均值202.3.5溫度補(bǔ)償因?yàn)楣鼙跍囟扰c殼體壁溫之差50，所以不需要溫度補(bǔ)償3.輔助設(shè)備的選擇3.1泵的選擇取配料罐和儲液罐在同一高度，所以Z=0qv=ud2/4設(shè)u=2m/s(水及低粘度液體流速1.5-3m/s 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：26得取熱軋無縫鋼管的規(guī)格 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：350為893.5mm 由q 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：350設(shè)L=l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7=10+40+40+10+10+

22、5+5=120m3.1.1離心泵對外管路供給的壓頭 取無縫鋼管 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：34絕對粗糙度=0.1mm,/d=0.00122, 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：34再得=0.0225 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010： 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：373.1.2離心泵對加熱器供給的壓頭L2=389=342m 中彎頭阻力忽略 湍流取無縫鋼管絕對粗糙度=0.1mm,/d=0.005查得,=0.035m(水柱）3

23、.1.3離心泵對冷卻器1供給的壓頭L2=389=342m 中彎頭阻力忽略 湍流取無縫鋼管絕對粗糙度=0.1mm,/d=0.005查得,=0.034m(水柱）3.1.4離心泵對冷卻器2供給的壓頭L=659=585m 中彎頭阻力忽略 湍流取無縫鋼管絕對粗糙度=0.1mm,/d=0.0067查得,=0.038m(水柱）3.1.5離心泵對維持罐供給的壓頭維持管的計(jì)算取熱軋無線鋼管的直徑為2196mm d=207mm根據(jù)qv=ud2/4可得 u=0.318m/s L=12000.318=382m 采用蛇形排列 取一段管長為6m 所以它有64段 有63個(gè)180度彎頭 查表化工原理書P34，取無縫鋼管絕對粗

24、糙度=0.1mm,/d=0.00048查得,=0.0225查得 楊欽湘.管式維持器的設(shè)計(jì)J，1985， （6）：5. 楊欽湘.管式維持器的設(shè)計(jì)J，1985， （6）：5.得Pe=65831000 理論上講能夠使料液在維持罐內(nèi)基本上呈活塞流狀態(tài)，滿足要求。(水柱）3.1.6123.7m(水柱）3.1.7泵的選擇選擇清水泵 王志魁，劉麗英，劉偉化工業(yè)原理（第四版）M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：753.2法蘭和管板的選取平面法蘭密封面具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、且便于進(jìn)行防腐襯里的優(yōu)點(diǎn)，由于這種密封面和墊片接觸面積較大，如預(yù)緊不當(dāng)，墊片易被擠出密封面。也不易壓緊，密封性能較差，適用于壓力不高的場合，

25、一般使用在PN2.5Mpa的壓力下。 凹凸面法蘭密封面相配的兩個(gè)法蘭接合面一個(gè)是凹面一個(gè)是凸面。安裝時(shí)易于對中，能有效地防止墊片被擠出密封面，密封性能比平面密封為好。 榫槽面法蘭密封面由一個(gè)榫面一個(gè)槽面相配而成，因此，密封面更窄。由于受槽面的阻擋，墊片不會被擠出壓緊面，且少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕。安裝時(shí)易于對中，墊片受力均勻，密封可靠，適用于易燃、易爆和有毒介質(zhì)的運(yùn)用。只是由于墊片很窄，更換時(shí)較為困難 HYPERLINK /doc/view-d35884668.html。 /doc/view-d35884668.html選取法蘭為甲型平焊法蘭：法蘭-A 300-0.6JB-4701-92 劉盛昌化

26、工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：19管板的選取查得 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：77管板的厚度為36mm 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：773.3折流板查得 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：813.4封頭 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：16.7.主要符號說明Q傳熱速率(即熱負(fù)荷)，W；K總傳熱系數(shù)，W(m2)；A與K值對應(yīng)的換熱器傳熱面積，m 劉盛昌化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料列管式換熱器M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：16.7.主要符號說明Q傳熱速率(即熱負(fù)荷)，W；K總傳熱系數(shù)，W(m2)；A與K值對應(yīng)的換熱器傳熱面積，m2；tm平均溫度差，；qm流體的質(zhì)量流量，kgh；Cp流體的平均定壓比熱容，J(kg)；T熱流體的溫度，；t冷流體的溫度，；r飽和蒸氣的冷凝潛熱，kJkg；l換熱器管子長度，m1，2基于管內(nèi)及管外的對流傳熱系數(shù)，w(m2)；離心泵壓頭