用水冷卻牛奶、脫脂牛奶的列管式換熱器的設計
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- 化工原理課程設計換熱器目錄
目錄 1
一、食品工程原理課程設計任務書 2
1. 設計題目 2
2. 設計條件 2
3. 設計任務 2
二、 方案簡介 3
三、方案設計 3
1. 確定設計方案 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.確定物性數據 5
四、 初算有效平均溫差 5
1. 計算熱負荷量和冷水流量 5
2. 計算兩流體的平均溫度差 6
3. 選取經驗的換熱器傳熱系數 6
4. 實際傳熱面積 7
五、 校核傳熱系數 7
1. 管程傳熱系數 7
2. 殼程的傳熱系數 8
3. 污垢熱阻 9
4. 計算總傳熱系數K 9
5. 傳熱面積裕度 9
六、壁溫的計算 10
七、計算換熱器內的流體的流體阻力 10
1． 管程流動阻力 10
2． 殼程阻力 11
八、 經濟核算 12
九、 輔助設備的計算及選型 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 換熱器主要結構尺寸和計算結果一覽表 17
附表2符號 18
參考文獻 19
一、食品工程原理課程設計任務書
1.設計題目
用水冷卻牛奶、脫脂牛奶的列管式換熱器的設計
2.設計條件
(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.設計任務
(1)根據設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)編寫課程設計說明書。
4.設計時間
2016年4月19日～2016年5月20日
二、方案簡介
本設計任務是利用冷流體（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，以供生產需要。
選擇換熱器時，要遵循經濟，傳熱效果優，方便清洗，復合實際需要等原則。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中被廣泛利用。它的結構簡單、堅固、制造較容易、處理能力大、適應性大、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計基礎。
三、方案設計
某廠在生產過程中，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。試設計能完成上述任務的列管式換熱器。
1.確定設計方案
(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冷卻水應該走殼程，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，管內流速取0.5。
(4) 流向的選擇
當冷，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，冷卻介質溫升可選擇得較大因而冷卻介質用量可以較小。顯然在一般情況下，逆流操作總是優于并流。因此，換熱器選擇逆流操作。
2.確定物性數據
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：
根據定性溫度，分別查取[1][2]殼程和管程流體的有關物性數據，如下表1所示。
表1 牛奶與水的物性參數
物質 密度
定壓比熱
導熱系數
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.計算熱負荷量和冷水流量
（1）熱負荷量...
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