1、食品工程原理課程設計說明書高溫滅菌后牛奶所需冷卻器的設計：學號：班級：2目錄一、設計意義 -2二、主要參數及符號說明說明-3三、設計計算 -41、確定設計方案 -42、確定物性數據 -43、計算總傳熱系數 -54、計算傳熱面積 -55、工藝結構尺寸 -56、換熱器核算 -86.1 熱量核算 -86.2 換熱器流體的流動阻力-106.3 換熱器主要結構尺寸和計算結果總表-117、離心泵的選擇 -12四、參考文獻 -12Word 文檔一、 設計意義換熱器的目的在于換熱，在于節約公司生產成本或達到更好的產品，一個好的設計不僅源自于好的設計理念， 設計者的學習素養也必不可少。 我們現在就處于培養自己學

2、術水平和學習習慣的階段。 通過本次課程設計， 培養我們學生多方位、綜合的分析考察工程實際問題的能力。主要體現在以下幾個方面：（ 1）提高團隊意識。一個好的設計往往都是由于一個團隊的不懈努力，通過這次設計的機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了大家的感情。（ 2）設計的表達能力。 工程設計完成后， 往往交付他人實施或與他人交流，因此，在工程設計和完成過程中，都需要將設計的理念、理想、設計過程和結果用文字、圖紙和表格的形式表達出來。只有完整、流暢、正確地表達出來的工程設計的容，才可能被他人理解、接受，順利付諸實施。（ 3）資料的查閱、收集、整理和分析的能力。要

3、科學、合理、有創新地完成一項設計，往往需要各種數據和相關資料。因此，資料、文獻和數據的查找、收集是工程設計必不可少的基礎工作。（ 4）工程的設計計算能力和綜合評價的能力。為了使設計合理要進行大量的工藝計算和設備設計計算。計算結束以后還要在一起評價設計的優缺點，并改進。使設計盡量完美。通過本設計不僅可以進一步鞏固所學的相關知識，提高學生學以致用的綜合能力。尤其對傳熱學、 流體力學等相關課程的熟悉，同時還可以培養學生尊重科學、注重實踐和學習嚴謹、 作風踏實的品格。 為以后走上工作崗位打下堅實而且可靠的基礎。Word 文檔二、 主要參數及符號說明主要參數：處理能力： 1000kg/h設備類型：浮頭式

4、換熱器操作條件：冷卻介質：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：Word 文檔三、設計計算牛奶加工過程中，需要將高溫滅菌后的牛奶進行冷卻。現需將流量為1000kg/h 的牛奶從溫度 50冷卻至 20，以河水為冷卻介質，可取進水溫度為1326，要求換熱器的管程和殼程壓強降均不大于60kPa。已知牛奶的粘度為2.12mPa·s（35）。現需一臺換熱器滿足以上的要求。1、確定設計方案本設計將牛奶冷卻，使用天然的河水作為冷卻介質， 河水為較易結垢的物質，所以應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，這種結構不僅完全消除了熱應

5、力，而且整個管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。2、確定物性數據定性溫度：可取流體進出口溫度的平均值。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下的有關物性數據：m01029kg m 3Cp03.83kJ kg 10 0.56w m 1 K 100.00212 pa s冷卻水在 17下的物性數據：m1998.7kg m 3Cp14.185kJ kg 11 0.5912w m 1 K 110.0010945pa sWord 文檔3、計算總傳熱系數（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、計算傳熱面積根據經驗值假設 K 值取 280，則估計的換熱面積為：3AQ031.9 107.65m2K tm280 14.9考慮外界因素影響，取實際傳熱面積為估算的1.15 倍，則實際傳熱面積為：Ap1.15A8.8m25、工藝結構尺寸的設計1、選用25mm×2.5 mm的碳鋼管為傳熱管，管流速取u=1m/s。2、管程數和傳熱管數依據傳熱管徑和流速確定單程傳熱管數：

7、4572V3600998.7Ns242diu0.7850.0214Word 文檔Ap8.8單程長度： L28md 0 Ns3.14 0.025 4按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。根據本設計實際情況，采用標準管設計，現取傳熱管長L=6m，則該換熱器的管程數為：L28Np4管程l6傳熱管總根數：n=4×4=16 根3、平均傳熱溫差校正及殼程數50-20平均溫差校正系數：R20-14 =520 14P0.250 20按單殼程多管程結構，查圖得：t 0.85由于平均傳熱溫差校正系數大于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、67Word 文檔4、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、殼體經管板利用率0.5N16D1.05 t 1.05 32 190 mm 0.5圓整并根據常用取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的25%，則切去的圓缺高度為：H0.2530075mm板間距： h0.4 D150mm折流板數目：傳熱管長-1=6個N b-1=39傳流板間距0.157、其他附件拉桿數量與直徑按表選取，本換熱器殼體經為300mm，故：拉桿直徑為12 ，拉桿數量不得少于 4

9、。Word 文檔6、換熱器核算6.1 熱量核算1、熱量核算（ 1）殼程對流傳熱系數當量直徑：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： R e0.020.0281029271.80.00212普蘭特準數： Pr3.831032.1210 314.50.560.14粘度校正：w0.95因為 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：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： Re0.021998.7100000.001094518249pr4.1851031.0945103普蘭特準數：0.59127.7510.0231Re0.8pr 0.4d10.0230.5912182490.87.750.43955 w m2K0.02查表可知污垢熱阻：管側污垢熱阻： R10.000176 m 2 kkW 1管

11、側污垢熱阻： R 00.00058 m 2kkW1傳熱系數： Ke1d0R1 d0b d0011d1d1dR0m1335.87w m2K0.0250.000176 0.0250.0025 0.0250.0005813955 0.020.0245.3 0.0225556計算傳熱面積為：Q1m31.9 1032A6.4mct335.8714.9Ke換熱器的實際傳熱面積為： 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任務6.2 、換熱器流體的流動阻力（ 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換熱器主要結構尺寸和計算結果參數管程殼程流量 / （Kg/h)45721000進（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熱導率 /W/(m · )0.59120.56普朗特數7.7514.5形

14、式浮頭式殼程數1殼體徑 /mm300臺數1設備結管徑 /mm 25*2.5管心距 /mm32管長 /mm6000管子排列錯正方形構參數管數目/根16折流板數 / 個39傳熱面積 /m27.54折流板間距 /mm150管程數4材質碳鋼主要計算結果管程殼程流速 / （m/s）1.00.028表面傳熱系數 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 /W/m2* 335.87裕度 /%17.8Word 文檔7、離心泵的選擇本次任務所設計的牛奶滅菌后冷卻系統流量為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