食品工程原理课程设计-要点

食品工程原理课程设计说明书

列管式换热器的设计

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目录

一、设计任务和设计条件 (3)

1、设计题目 (3)

2、设计条件 (3)

3、设计任务 (5)

二、设计意义 (6)

三、主要参数说明 (6)

四、设计方案简介 (9)

1、选择换热器的类型 (9)

2、管程安排 (9)

3、流向的选择 (10)

4、确定物性系数据 (10)

五、试算和初选换热器的规格 (11)

1、热流量 (11)

2、冷却水量 (11)

3、计算两流体的平均温度差 (11)

4、总传热系数 (11)

六、工艺结构设计 (12)

1、计算传热面积 (12)

2、管径和管内流速 (12)

3、管程数和传热管数 (12)

4、平均传热温差校正及壳程数 (13)

5、传热管排列和分程方法 (14)

6、壳体内径 (14)

7、折流板 (14)

8、接管 (15)

9、热量核算 (15)

10、换热器主要结构尺寸和计算结果如下表： (20)

七、参考文献 (21)

八、浮头式换热器装配图 (22)

一、设计任务和设计条件

1、设计题目

列管式换热器设计

2、设计条件

①设计内容

②设计要求

3、设计任务

用循环水将牛奶冷却

(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。

二、设计意义

换热器是各种工业部门最常见的通用热工设备，广泛应用于化工，能源，机械，交通，制冷，空调及航空航天等各个领域。换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛使用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能的主要设备。

在食品工业中的加热，冷却，蒸发和干燥等的单元操作中，经常见到食品物料与加热或冷却介质间的热交换。各种换热器的作用，工作原理，结构以及其中工作的流体类型，数量等差别很大，而换热器的工作性能的优劣直接影响着整个装置或系统综合性能的好坏，因此换热器的合理设计极其重要。

目前国内外在过程工业生产中所用的换热器设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率，结构紧凑性和金属材料消耗等方面，不如其他新型换热设备，但她具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠性高，选用范围广，处理能力大，能承受高温和高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。

三、主要参数说明

T1---热流体的初始温度，℃

T2---热流体的最终温度，℃

t1------冷流体的初始温度，℃

t 2------冷流体的最终温度，℃ o ρ---牛奶的密度，kg/m3

o

p c ---牛奶的定压比热容，kJ/(kg ·℃)

o λ---牛奶的导热系数， W/(m ·℃) o μ---牛奶的粘度，Pa ·s i ρ---冷盐水的密度，kg/m3

i

p c ---冷盐水的定压比热容，kJ/(kg ·℃)

i λ---冷盐水的导热系数，W/(m ·℃) i μ---冷盐水的粘度，Pa ·s Q ----热流量，kW

K ----总传热系数，W/(㎡·℃)

m t ∆----进行换热的两流体之间的平均温度差，℃ i W ----冷却水用量，kg/s

e

R ----雷诺准数

r P ---普兰特准数

i α----管程传热系数，W/（㎡·℃） 0α----壳程传热系数，W/（㎡·℃） si R ----冷盐水污垢热阻，㎡·℃/W;

o

R s ----牛奶污垢热阻，㎡·℃/W

λ----管壁的导热系数，W/（㎡·℃）

s

n ---传热管数，（根）

L ---传热管长度，m

P N ---换热器管程数 N ---传热管总根数 ϕ

---温度校正系数 c n ---横过管束中心线的管数 t ---管心距，mm D ---壳体内径，mm

h ---弓形折流板圆缺高度，mm B ---折流板间距，mm B N ---折流板数 d ---接管内径，mm e d ---当量直径，m

o u ---壳程流体流速，m/s

i u ---管程流体流速，m/s S ---传热面积，2

m

p S

---换热器实际传热面积，2

m H ---换热器面积裕度

∑∆i

P ---管程压降，Pa

1P ∆---管内摩擦压降，Pa 2P ∆---管程的回弯压降，Pa s N ---壳程串联数

t F

---管程压降的结垢修正系数

∑∆0P ---壳程压降，Pa

'

P∆---流体流经管束的阻力，Pa

1

'

P∆---流体流过折流板缺口的阻力，Pa

2

四、设计方案简介

换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。化工生产中，换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用甚为广泛。

1、选择换热器的类型

两流体温度变化情况:①热流体（牛奶）140℃出口温度50℃；②冷流体（水）进口温度20℃，出口温度40℃，由两流体的温差来看，由于两流体温差（140+50）/2-（20+40）/2=55℃<60℃,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、管程安排

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，