牛奶列管式换热器.docx
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牛奶列管式换热器
题目
牛奶冷却列管式换热器的设计
姓名
汪思凡
学号
专业
食品科学与工程
班级
1101班
指导教师
郑妍
职称
助教
二〇一四年六月
摘要
此次设计的牛奶冷却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
1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℃。
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，2005，1
[2]华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计，华南理工大学出社，1995
[3]化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社．1992
[4]丛德滋等．化工原理详解与应用，化学工业出版社．2002，7，151-158
[5]张承翼，李春英．化工工程制图，化学工业出版社.．1997
[6]张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计．1996（6）：
6-10
[7]蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-13
[8]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
2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Φ25mm×2.5mm的碳钢管，初定管内流速
。
3确定物性参数
壳程冷盐水定性温度
管程牛奶定性温度
物料
密度
定压比热容
导热系数
黏度
牛奶47.5℃
冷盐水15℃
4计算总传热系数
4.1热流量
4.2平均传热系数
4.3冷却牛奶用量
4.4冷却冷盐水用量
4.5总传热系数k
4.5.1管程传热系数
4.5.2壳程传热系数
先假设壳程传热系数为
污垢热阻为
管壁的导热系数为
5计算传热面积
考虑15％的面积裕度：
6工艺结构尺寸
6.1管径和管内流速
选用Φ25mm×2.5mm的传热管（碳钢），初取管内流速
6.2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
按单程管计算，所需的传热管长度为
取L=6m，管程数为4
管内流速：
6.3平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数
平均传热温差：
6.4传热管排列和分程方法
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
横过管束中心线的管数
6.5壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径为
圆整可取D=500mm
6.6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
取折流挡板间距B=0.6ｘD则：
折流挡板数为：
6.7接管
壳程流体进出口接管：
取接管内冷盐水流速为
管内径为：
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：
管内径为：
圆整后取内径70mm
7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
由正三角形排列得当量直径
壳程流通截面积：
壳程流体流速及雷诺系数分别为：
普兰特数：
黏度校正
7.1.2管程对流传热系数
管程流通截面积：
管程流体流速：
普兰特数：
7.1.3传热系数
7.1.4传热面积
该换热器的实际面积为：
该换热器的面积裕度为：
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
由
，传热管相对粗糙度
，查莫迪图的
，流速
，
，所以
管程流动阻力在允许范围之内。
7.2.2壳程流动阻力
流体流经管束的阻力
流体流经折流挡板缺口的阻力
总阻力为：
壳层流动阻力在合理压力降范围内。
8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
8.8
3
操作温度
℃
10进/20出
70进/25出
4
流量
Kg/h
59200
14600
5
密度
Kg/m3
998.2
1030
6
比热容
Kj/（kg·℃）
4.183
3.770
7
平均温差
℃
30.6
8
传热系数
W/（m2·℃）
664.89
9
程数
1
4
10
材质
碳钢
碳钢
11
直径
mm
500
Φ25×2.5
12
长度
mm
6000
13
压降
kpa
8.1
8.8
14
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35％
16
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。
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.1995[3]化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社.1992[4]丛德滋等,化工原理详解与应用,化学工业出版社.2002，7,151-158[5]张承翼李春英，化工工程制图，化学工业出版社.1997[6]张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计.1996（6）：
6-10[7]蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-13[8]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！
附录
符号
名称
符号
名称
牛奶的定性温度
传热管总根数
冷盐水的定性温度
温度校正系数
管程液体的密度
横过管束中心线的管数
管程液体的定压比热容
管心距
管程液体的导热系数
壳体内径
管程液体的粘度
弓形折流板圆缺高度
壳程液体的密度
折流板间距
壳程液体的定压比热容
折流板数
壳程液体的导热系数
接管内径
壳程液体的粘度
当量直径
热流量
壳程流体流速
总传热系数
管程流体流速
进行换热的两流体之间的平均温度差
传热面积
冷却水用量
换热器实际传热面积
雷诺准数
换热器面积裕度
普兰特准数
管程压降
管程传热系数
管内摩擦压降
壳程传热系数
管程的回弯压降
冷盐水污垢热阻
壳程串联数
牛奶污垢热阻
管程压降的结垢修正系数
管壁的导热系数
壳程压降
传热管数
流体流经管束的阻力
传热管长度
流体流过折流板缺口的阻力
换热器管程数
（注：
可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!
）
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