1、题 目 牛奶冷却列管式换热器的设计姓 名 汪思凡 学 号 112102014专 业 食品科学与工程 班 级 1101 班指导教师 郑妍 职 称 助教二一四年六月食品工程综合实习报告目 录摘 要 I1 食品工程原理综合实习任务书 .11.1 设计题目 11.2 设计条件 11.3 要求 11.4 主要参考资料 12 选择方案的确定 .22.1 选择换热器的类型 22.2 流动空间及流速的确定 23 确定物性参数 .24 计算总传热系数 .24.1 热流量 24.2 平均传热系数 24.3 冷却牛奶用量 24.4 冷却冷盐水用量 24.5 总传热系数 k.34.5.1 管程传热系数 .34.5.2
2、 壳程传热系数 .35 计算传热面积 .36 工艺结构尺寸 .36.1 管径和管内流速 36.2 管程数和传热管数 36.3 平均传热温差校正及壳程数 46.4 传热管排列和分程方法 46.5 壳体内径 46.6 折流挡板 46.7 接管 57 换热器核算 .57.1 热量核算 57.1.1 壳程对流传热系数 .57.1.2 管程对流传热系数 .67.1.3 传热系数 .67.1.4 传热面积 .67.2 换热器内流体的流动阻力 67.2.1 管程流动阻力 .67.2.2 壳程流动阻力 .78 设计结果 .89 设计心得 .9参考文献 9附录 10食品工程综合实习报告I摘 要此次设计的牛奶冷却
3、列管式换热器是以牛奶为热流体，稀盐水为冷流体，设计流量为14600kg/h，我选用的是固定管板式换热器，其适用于冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，我设计的方案是由牛奶走管程，冷盐水走壳程，因为牛奶较易结垢，为了便于清洗，所以选择了牛奶走管程。关键词热流体；固定管板式换热器；管程食品工程综合实习报告11 食品工程原理综合实习任务书1.1 设计题目牛奶冷却列管式换热器的设计1.2 设计条件在灭菌后牛奶的冷却过程中，牛奶由 70降至 25，牛奶流量为 14600kg/h，压力为0.6MPa。冷却介质采用稀盐水（冷盐水的相关特性数据可参考水的物性数据） 。盐水进口温度为 10，出口温度为 20。
4、1.3 要求1设计一台列管式换热器完成各自生产任务；2提交设计计算说明书一份， （应包括目录、设计计算任务书、设计方案的确定、确定物性参数、计算总传热系数、计算传热面积、确定工艺结构尺寸、换热器核算、参考文献资料等。须打印） ；3绘制列管式换热器的装配图（可附在设计计算书后面） ；4注意收集、阅读参考资料，形成设计方案；5提交日期：第 16 周星期四。1.4 主要参考资料1 夏清，陈常贵主编，姚玉英主审化工原理，天津大学出版社，2005，12 华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计，华南理工大学出社，19953 化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社19924 丛德滋等化工原理详
5、解与应用，化学工业出版社2002，7，151-1585 张承翼，李春英化工工程制图，化学工业出版社.19976 张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计1996（6）：6-107 蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-138 各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告食品工程综合实习报告22 选择方案的确定2.1 选择换热器的类型冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，因此初步确定采用固定管板式换热器。2.2 流动空间及流速的确定由于循环牛奶较易结垢，为便于清洗，应使牛奶走管程，空气走壳程。选用25mm2.5mm 的碳钢管，初定管内流速 。
6、s/m5.1ui3 确定物性参数壳程冷盐水定性温度 C2/0To管程牛奶定性温度 5.477t物料密度 3kg/m定压比热容 ckg/Jo导热系数 cm/wo黏度 spa牛奶 47.5 10i70.3pi61.0i021.ui冷盐水 15 2.98o18.4cpo 2o85.95o4.m05.2di 25domdm4 计算总传热系数4.1 热流量 kw68h/j1048.2570.31460tcQ 6ipiii 4.2 平均传热系数 c1.910257In)()(tInt o21m4.3 冷却牛奶用量 h/kg46-7.348tCQW6ipii ）（4.4 冷却冷盐水用量 /590)1(8.4
7、2t6opo 食品工程综合实习报告34.5 总传热系数 k4.5.1 管程传热系数 10458021.3udRei )cm/(w6.325)61.037(145802.63. uc)(. o2.0.03.ip8.iii 4.5.2 壳程传热系数先假设壳程传热系数为 )c/(wo2o污垢热阻为 m/1072.Ro24si )cm/(w1076.Ro24so管壁的导热系数为 )c/(5ko )cm/(w89.6415076.025.4.05172.06.325Rdbd1K o244osmoisio 5 计算传热面积 23m6.51.298.64tkQS考虑 15的面积裕度： 241m35.6.1S
8、6 工艺结构尺寸6.1 管径和管内流速选用 25mm2.5mm 的传热管（碳钢） ，初取管内流速 s/5.1ui6.2 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数 根 93.85102.78.634ud4vni2s 食品工程综合实习报告4按单程管计算，所需的传热管长度为 2s0 m590.143ndSL取 L=6m，管程数为 4根 86025.13LdSnos 根248管内流速： s/m56.02.78.31nd4vus2ii6.3 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数5.1027R14.0782P97.0t平均传热温差： c6.395.tt om6.4 传热管排列和分程方法
9、采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距t=1.4to，则 5.324.1t横过管束中心线的管数 根126.819.n.sc 6.5 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率 =0.7，则壳体内径为 m04.127.350.1t05.1Ds 圆整可取 D=500mm6.6 折流挡板采取弓形折流挡板，取弓形折流挡板圆缺高度为壳体内径的 35，则切去的圆缺高度为 m17503.h取折流挡板间距 B=0.6D 则： 3056.B折流挡板数为： 传19-301-传bN6.7 接管壳程流体进出口接管：取接管内冷盐水流速为 s/m.ui食品工程综合实习报告5管内径为： m021
10、.14.362985uv4d11 圆整后可取内径为 210mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速： s/.u2管内径为： m07.14.360d2圆整后取内径 70mm7 换热器核算7.1 热量核算7.1.1 壳程对流传热系数对圆缺形折流挡板，可采用克恩公式 14.0wo315.0eoo )(PrRd36.0由正三角形排列得当量直径 m029.025.143).(d)4t23(do2e 壳程流通截面积： 4.)3.()td(DBSo壳程流体流速及雷诺系数分别为：s/m40.2.0983615uo69.1530.12.98dRe5o 普兰特数： 02.78.4.4cPr 25op 黏度校正
11、14.0w）（ )cm/(w3.1964)02.7()69.53(29.8536. o235.o 食品工程综合实习报告67.1.2 管程对流传热系数 3.08.ii PrRed023.管程流通截面积： 22i m01.8.75.S管程流体流速： s/36.01.364ui 12.4982.dRei 普兰特数： .361.07.3rP3 )cm/(w2.18).()2498(.02. o0.i 7.1.3 传热系数 )c/(w6.89.153076.025.4.1072.0.1385Rdb o244osiois 7.1.4 传热面积 23mm66.98tKQS该换热器的实际面积为： 2Top m
12、43.5)18()0.(5.0143LNd 该换热器的面积裕度为： 6.60.325SHp 该换热器能完成任务7.2 换热器内流体的流动阻力7.2.1 管程流动阻力 pst21i NF)p(4.,N,ts 2up,2udlpi1 食品工程综合实习报告7由 ，传热管相对粗糙度 ，查莫迪图的1.3498Re05.21.，流速 ， ，所以)cm/(w05.oi s/m36.ui 3/gKpa81.702.0.63.p1 32.6.12u2 kpa3.105.pa9.54.)32.08.7(pi 管程流动阻力在允许范围之内。7.2.2 壳程流动阻力 st21oNF)p(,Nts流体流经管束的阻力 2u
13、1nfFpBco1）（ 19N,8n,597.0)6.53(5.0 Bc8.o ， kpa8.7.0526.1927.p1 流体流经折流挡板缺口的阻力 u)DB5.3(N2oB2 m.0,. kpa1.875.126.098)5.32.(19p2 总阻力为： kpa.1o壳层流动阻力在合理压力降范围内。食品工程综合实习报告88 设计结果表 8-1设备名称 牛奶冷却列管式换热器形式 固定板管式换热器换热面积 35.43m2工艺参数序号 名称 单位 壳程 管程1 物料名称 冷盐水 牛奶2 操作压力 Kpa 8.1 8.83 操作温度 10 进/20 出 70 进/25 出4 流量 Kg/h 592
14、00 146005 密度 Kg/m3 998.2 10306 比热容 Kj/(kg) 4.183 3.7707 平均温差 30.68 传热系数 W/(m2 ) 664.899 程数 1 410 材质 碳钢 碳钢11 直径 mm 500 252.512 长度 mm 600013 压降 kpa 8.1 8.814 管子规格 88 根，32.5mm, 排列15 折流挡板规格 19 块，单弓形、立式，间距 300mm，切口高度 3516 说明：（1）参照标准固定挡板式换热器型式与基本参数JB/T475- 92。9 设计心得通过回顾此次的整个设计过程，整体相对满意，不仅按照要求设计出了所需的固定管板式换
15、热器，还掌握了绘图的一席技巧，学到了许多的只是。当然在最初的设计过程中我还是遇到了不少的困难，在最初固定管板式换热器的选取，以及选取后在工艺流程设计中都遇到了许多的问题，其中在确定好了设计方案后，在数据的算取中就重复试验了好多次才算出了符合的数据，在绘图工程中也是经过了反反复复的修改才最终绘出了设计图。当然通过对固定管板式换热器的设计，我学会了许多工艺设计的基本方法。知道了如何根据设计要求的确定工艺设备，并学会了如何去查找相关资料，根据资料确定出工艺流程中的各项工艺参数及数据，通过核算以确定是否满足设计要求。然后在绘图的过程中，我更全面的了解到了固定管板式换热器的结构，从开始头脑中一点的模糊慨
16、念都没有到最终将固定列管式换热器绘制出来，整个过程让我对固定管板式换热器有了无比深刻的认识。最后在此次的设计中虽然都是独立完成的，但是在设计的过程中还是少不了同学们的帮助，这让我和同学们之间的感情更加深刻，也给我留下了一段美好的记忆。食品工程综合实习报告9参考文献1 夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理,天津大学出版社， 2005，1 2 华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计,华南理工大学出版社.19953 化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社. 19924 丛德滋等, 化工原理详解与应用, 化学工业出版社. 2002 ，7, 151-1585 张承翼 李春英，化工工程制图
17、，化学工业出版社. 19976 张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计. 1996 （6）：6-107 蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-138 各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告致 谢首先要感谢我的指导老师，没有老师悉心指导，我肯定完成不了此次的设计过程，老师让我从无到有，从一开始的完全不会到最后成功的设计出方案，老师都取到了至关重要的作用，然后是各位同学们，在我不甚了解的地方，都是和他们一起讨论、一起解决，这不仅让我们学到知识，更让我们增进了友谊。谢谢在此次综合实习中帮助过我的朋友们！食品工程综合实习报告10附录符号 名称
18、 符号 名称T牛奶的定性温度 N传热管总根数t冷盐水的定性温度 温度校正系数i管程液体的密度 cn横过管束中心线的管数pC管程液体的定压比热容 t管心距i管程液体的导热系数 D壳体内径管程液体的粘度 h弓形折流板圆缺高度0壳程液体的密度 B折流板间距p壳程液体的定压比热容 N折流板数壳程液体的导热系数 d接管内径0壳程液体的粘度 e当量直径Q热流量 ou壳程流体流速K总传热系数 i管程流体流速mt进行换热的两流体之间的平均温度差 S传热面积iW冷却水用量 p换热器实际传热面积eR雷诺准数 H换热器面积裕度rP普兰特准数 iP管程压降i管程传热系数 1管内摩擦压降0壳程传热系数 2管程的回弯压降siR冷盐水污垢热阻 sN壳程串联数o牛奶污垢热阻 tF管程压降的结垢修正系数管壁的导热系数 0P壳程压降sn传热管数 1流体流经管束的阻力L传热管长度 2流体流过折流板缺口的阻力PN换热器管程数
