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1、食品工程原理课程设计说明书高温灭菌后牛奶所需冷却器的设计： 学号： 班级： 2目录一、设计意义-2 二、主要参数及符号说明说明-3三、设计计算-4 1、确定设计方案-42、确定物性数据-4 3、计算总传热系数-5 4、计算传热面积-5 5、工艺结构尺寸-5 6、换热器核算-8 6.1 热量核算-8 6.2 换热器流体的流动阻力-10 6.3 换热器主要结构尺寸和计算结果总表-117、离心泵的选择-12四、参考文献-12一、 设计意义换热器的目的在于换热，在于节约公司生产成本或达到更好的产品，一个好的设计不仅源自于好的设计理念，设计者的学习素养也必不可少。我们现在就处于培养自己学术水平和学习习惯
2、的阶段。通过本次课程设计，培养我们学生多方位、综合的分析考察工程实际问题的能力。主要体现在以下几个方面：（1） 提高团队意识。一个好的设计往往都是由于一个团队的不懈努力，通过这次设计的机会大家在一起交流一起努力，提出问题并共同解决，不仅提高了工作的效率也增强了大家的感情。（2） 设计的表达能力。工程设计完成后，往往交付他人实施或与他人交流，因此，在工程设计和完成过程中，都需要将设计的理念、理想、设计过程和结果用文字、图纸和表格的形式表达出来。只有完整、流畅、正确地表达出来的工程设计的容，才可能被他人理解、接受，顺利付诸实施。（3） 资料的查阅、收集、整理和分析的能力。要科学、合理、有创新地完成
3、一项设计，往往需要各种数据和相关资料。因此，资料、文献和数据的查找、收集是工程设计必不可少的基础工作。（4） 工程的设计计算能力和综合评价的能力。为了使设计合理要进行大量的工艺计算和设备设计计算。计算结束以后还要在一起评价设计的优缺点，并改进。使设计尽量完美。 通过本设计不仅可以进一步巩固所学的相关知识，提高学生学以致用的综合能力。尤其对传热学、流体力学等相关课程的熟悉，同时还可以培养学生尊重科学、注重实践和学习严谨、作风踏实的品格。为以后走上工作岗位打下坚实而且可靠的基础。二、 主要参数及符号说明主要参数： 处理能力：1000kg/h 设备类型：浮头式换热器 操作条件：冷却介质：入口温度：1
4、4，出口温度：20 果浆：入口温度：50，出口温度：20主要符号：三、设计计算牛奶加工过程中，需要将高温灭菌后的牛奶进行冷却。现需将流量为1000kg/h的牛奶从温度50冷却至20，以河水为冷却介质，可取进水温度为1326，要求换热器的管程和壳程压强降均不大于60kPa。已知牛奶的粘度为2.12mPas（35）。现需一台换热器满足以上的要求。1、确定设计方案本设计将牛奶冷却，使用天然的河水作为冷却介质，河水为较易结垢的物质，所以应该选用浮头式换热器，浮头式换热器两端的管板有一端可以沿轴向浮动，这种结构不仅完全消除了热应力，而且整个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。2、确定物性数据定性温度：
5、可取流体进出口温度的平均值。壳程牛奶的定性温度为：管程冷却水的定性温度为：牛奶在35下的有关物性数据：冷却水在17下的物性数据：3、计算总传热系数（1）热流量 （2）平均传热温差（3）冷却水用量4、计算传热面积根据经验值假设K值取280，则估计的换热面积为：考虑外界因素影响，取实际传热面积为估算的1.15倍，则实际传热面积为：5、工艺结构尺寸的设计1、选用25mm2.5mm的碳钢管为传热管，管流速取u=1m/s。2、管程数和传热管数 依据传热管径和流速确定单程传热管数： 单程长度：按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用标准管设计，现取传热管长L=6m，则该换热器的
6、管程数为： 传热管总根数： n=44=16 根3、平均传热温差校正及壳程数 平均温差校正系数：按单壳程多管程结构，查图得： 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。平均传热温差：4、传热管排列和分程方法采用正方形错列：管心距 隔板中心到离最近一排管中心的距离： 5、壳体经管板利用率 圆整并根据常用取D=300mm6、折流板的选取 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体经的25%，则切去的圆缺高度为：板间距：折流板数目：7、其他附件 拉杆数量与直径按表选取，本换热器壳体经为300mm，故：拉杆直径为，拉杆数量不得少于4。6、换热器核算6.1热量核算 1、热量
7、核算（1）壳程对流传热系数 当量直径： 壳程流通截面积： 壳程流体流速：雷诺数：普兰特准数：粘度校正：因为所以选取凯恩公式： 2、管程对流传热系数： 管程流体流通截面积： 管程流体流速：雷诺数：普兰特准数：查表可知污垢热阻：管侧污垢热阻：管侧污垢热阻：传热系数： 计算传热面积为：换热器的实际传热面积为：面积裕度：传热面积裕度合适（15%20%），该换热器能够完成生产任务6.2、换热器流体的流动阻力 （1）管程流体阻力 管程阻力在允许围之。（2）壳程阻力 （转角正方形） 由于所以：折流板缺口的阻力：壳程阻力在允许围之。附表1 换热器主要结构尺寸和计算结果参数管程壳程流量/（Kg/h)457210
8、00进（出）口温度/14（20）50（20）压力/kPa520.39物性定性温度/1735密度/Kg/m3998.71029定压比热容/kJ/(kg/)4.1853.83黏度/Pas0.00109450.00212热导率/W/(m)0.59120.56普朗特数7.7514.5设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体径/mm300台数1管径/mm25*2.5管心距/mm32管长/mm6000管子排列错正方形管数目/根16折流板数/个39传热面积/m27.54折流板间距/mm150管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）1.00.028表面传热系数W/(m2）3955556污垢热阻/(m2*
9、/W）0.0000580.000172阻力/Pa52431.7588.5热流量/kW39.1传热温差/14.9传热系数/W/m2*335.87裕度/%17.87、离心泵的选择本次任务所设计的牛奶灭菌后冷却系统流量为0.98立方米每小时，需要的离心泵为小型离心泵，由于牛奶有少许固体，所以可以选择食品流程泵，这种离心泵广泛用于食品加工工业部门，常用的SHB型泵为单级单吸悬臂式离心泵。叶轮采用半开式，并可通过调整垫片对叶轮和泵体的轴向间隙进行调整，适用于输送悬浮液或含有悬浮颗粒的液体。四、参考文献1.玉英，长贵，柴诚敬 . 化工原理（第三版）. 天津：天津大学，20102.谭天恩，窦梅，周明华. 化工原理（第三版）. ：化学工业，20063.同舟，于殿宇. 食品工程原理（第二版）. ：中国农业，2010
