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用水冷卻牛奶、脫脂牛奶的列管式換熱器的設(shè)計

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更新時間：2017-06-01
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化工原理課程設(shè)計換熱器目錄
目錄 1
一、食品工程原理課程設(shè)計任務(wù)書 2
1. 設(shè)計題目 2
2. 設(shè)計條件 2
3. 設(shè)計任務(wù) 2
二、方案簡介 3
三、方案設(shè)計 3
1. 確定設(shè)計方案 3
(1) 兩流體溫度變化情況 3
(2) 選擇換熱器的類型 4
(3) 流動空間及流速的確定 4
(4) 流向的選擇 4
2.確定物性數(shù)據(jù) 5
四、初算有效平均溫差 5
1. 計算熱負(fù)荷量和冷水流量 5
2. 計算兩流體的平均溫度差 6
3. 選取經(jīng)驗的換熱器傳熱系數(shù) 6
4. 實際傳熱面積 7
五、校核傳熱系數(shù) 7
1. 管程傳熱系數(shù) 7
2. 殼程的傳熱系數(shù) 8
3. 污垢熱阻 9
4. 計算總傳熱系數(shù)K 9
5. 傳熱面積裕度 9
六、壁溫的計算 10
七、計算換熱器內(nèi)的流體的流體阻力 10
1．管程流動阻力 10
2．殼程阻力 11
八、經(jīng)濟核算 12
九、輔助設(shè)備的計算及選型 13
1.管箱 13
2.封頭 13
3.折流板 13
4.接管 13
5.導(dǎo)流筒 13
6. 放氣孔、排氣孔 14
7. 離心泵 14
附表1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果一覽表 17
附表2符號 18
參考文獻(xiàn) 19

一、食品工程原理課程設(shè)計任務(wù)書
1.設(shè)計題目
用水冷卻牛奶、脫脂牛奶的列管式換熱器的設(shè)計
2.設(shè)計條件
(1)牛奶
處理量： =78噸/小時
進口溫度：100℃、出口溫度：30℃。
壓強降：管程＜80kPa 殼程＜50kPa
(2)冷卻水
進口溫度：（20～25范圍選擇）℃、出口溫度：（30～35范圍選擇）℃ 。
3.設(shè)計任務(wù)
(1)根據(jù)設(shè)計條件選擇合適的換熱器型號，并核算換熱面積、壓力降是否滿足要求，并設(shè)計管道與殼體的連接，管板與殼體的連接、折流板等。
(2)繪制列管式換熱器的裝配圖。
(3)編寫課程設(shè)計說明書。
4.設(shè)計時間
2016年4月19日～2016年5月20日
二、方案簡介
本設(shè)計任務(wù)是利用冷流體（水）給牛奶降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。
選擇換熱器時，要遵循經(jīng)濟，傳熱效果優(yōu)，方便清洗，復(fù)合實際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，熱管式換熱器，列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器作為設(shè)計基礎(chǔ)。
三、方案設(shè)計
某廠在生產(chǎn)過程中，需將牛奶、脫脂牛奶從=100℃冷卻到=30℃。處理能力為78。冷卻介質(zhì)采用自來水，入口溫度=20℃，出口溫度=34℃。要求換熱器的管程壓降不大于80和殼程的壓降不大于50。試設(shè)計能完成上述任務(wù)的列管式換熱器。
1.確定設(shè)計方案
(1) 兩流體溫度變化情況
熱流體進口溫度=100℃，出口溫度=30℃冷流體。
冷流體進口溫度=20℃，出口溫度=34℃。從兩流體溫度來看，估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫之差不會很大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。
(2) 選擇換熱器的類型
流體溫度變化情況:熱流體（牛奶）=100℃出口溫度=30℃；冷流體（水）進口溫度=20℃，出口溫度=34℃。由兩流體的溫差來看，由于兩流體溫差,估計換熱器的管壁溫度和殼體壁溫度不會很大，又從經(jīng)濟實用等諸多因素考慮，因此初步確定選用固定管板式換熱器。
(3) 流動空間及流速的確定
從兩流體的壓力來看循環(huán)冷卻水應(yīng)該走殼程，牛奶走管程。因為管子承壓能力強，而且還簡化了殼體密封的要求。所設(shè)計換熱器用于冷卻牛奶，牛奶與水相比黏度更大，相比之下更易于結(jié)垢，走管程方便清洗。綜上所述，換熱器選擇固定管板式。同時，選擇逆流方式，提高冷卻效率。選用19×2的不銹鋼管，管內(nèi)流速取0.5。
(4) 流向的選擇
當(dāng)冷，熱流體的進出口溫度相同時，逆流操作的平均推動力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需要的傳熱面積較小。逆流操作時，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而冷卻介質(zhì)用量可以較小。顯然在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。因此，換熱器選擇逆流操作。
2.確定物性數(shù)據(jù)
定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。
管程牛奶的定性溫度為：
殼程流體的定性溫度為：
根據(jù)定性溫度，分別查取[1][2]殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，如下表1所示。
表1 牛奶與水的物性參數(shù)

物質(zhì) 密度

定壓比熱
導(dǎo)熱系數(shù)　
黏度

定性溫度
℃
牛奶 1030 3.90 0.580 1.5x10-3 65
水 997.45 4.18 0.5985 9.482x10-4 27
四、初算有效平均溫差
1.計算熱負(fù)荷量和冷水流量
（1）熱負(fù)荷量...

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