发酵补料液连续灭菌系统设计课程设计Word下载.docx

1、2.2.3管壁温度 102.2.4壳体壁温 102.2.5温度补偿 102.3冷却器2 102.3.1热量计算 102.3.2K值 A值计算 112.3.3管壁温度 112.3.4壳体壁温 122.3.5温度补偿 123.辅助设备的选择 133.1泵的选择 133.1.1离心泵对外管路供给的压头 133.1.2离心泵对加热器供给的压头3.1.3离心泵对冷却器1供给的压头 143.1.4离心泵对冷却器2供给的压头3.1.5离心泵对维持罐供给的压头3.1.6 153.1.7泵的选择 153.2法兰和管板的选取 153.3折流板 163.4封头 164.设计一览表 175.设计评述 196.参考文献

2、 207.主要符号说明 211. 设计方案简介1.1 换热器类型的选择换热器分类：1、两流体直接接触式换热器：会影响补料液浓度，难以精确控制2、蓄热式换热器：常用于回收气体热量或冷量，不适用本次设计3、间壁式换热器：应用广，冷热流体用间壁隔开，不影响料液浓度和染菌可能 考虑本次工艺要求，选择间壁式换热器列管式换热器列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可

3、防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。根据以上特点，列管式换热器中我们选择了固定管板式换热器1.2 加热剂、冷却剂的选择加热剂：水蒸气进口温度：151.7（绝压500kPa），冷凝水出口温度：151.7冷却剂：冷物料，水1.3 流体流动空间的选择在加热中，管内流热补料液，壳内水蒸气；第一个冷却器中管内走热补料液，壳内走冷补料液，第二个冷却器管内走热物料，壳内走水1.4 流体进出口温度的选择加热器:冷料液进口温度65，出口温度：120冷却器：灭菌后料液进口温度：120，第二个冷却器出口温度：30左右 第一个冷却器冷料液进口温度：25，出口温度：60

4、1.5 换热器材质的选择 不锈钢1.6初步流程图2.工艺计算2.1换热器（加热器）计算2.1.1热量计算由葡萄糖Cp经验公式Cp=4.186+2.68110-5T-0.025 09x+7.35710-5Tx-1.56410-7TT-4.13610-7xxkJ/（kgK）已知T平均=（60+120）/2=90将硫酸镁当葡萄糖计算x=（280+15）/1000=29.5%Cp1=3.161kJ/（kgK）查表得45时水的比热容为4.5kJ/（kgw1=29.5%,w2=70.5%1/Cp=w1/cp1+w2/cp2=29.5%/3.161+70.5%/4.5得Cp=4.0kJ/（kgQ=qm1*C

5、p（T1-T2）=（43000/3600）*4000*60=2867kw已知500000下水蒸气温度为t=151.7tm=（t1-t2）/ln（t1/t2）=56.52.1.2K值 A值计算假设K=2000 W/（m2*k）可得A1=ndl=Q/（Ktm）, 推出nd=Q/（Kltm）.（1）查表得葡萄糖=1.566 g/ml 硫酸镁=2.66 g/ml=1000/（280/1.566+15/2.66+705/0.99）=1.115g/ml=1115kg/m-3因为qm=qv*得qv=38.5m3/h由qv=A2u=（nd2）u/4 ,nd2 =4qv/（u）（2 ）取u=1m/s l=9m（

6、1）（2）式联立得d=16mm n=48 （管子规格选252.5mm）d1=20mm d2=25mm代入qv=A2u=（nd2）u/4得n=34,查表得选取规格为252.5mm ， n=38得u=0.9m/s 正三角形排列，管中心距t=1.25d232mm壳体直径D=273mm 中心排管数6查葡萄糖得90=0.001193 Pa*s（葡萄糖在90摄氏度下的粘度找不到用此数值代替）Re=du/=167814000为湍流经验公式=0.568 17+1.654 410-3T-3.127 510-3x-6.832710-6Tx-4.234 510-6T2+2.354 510-7x2W/（mK）=0.7

7、4W/（mPr=Cp/ =6.51=0.023/d（Re）0.8（Pr）0.4=4301 W/（m2*k）水蒸气的对流传质系数为 5000-15000W/（m2*k），取2=5000 W/（m2*k） 忽略热损失以及内外壁热阻，1/K实际=1/1+1/2K实际=2312W/（m2*k）K的相对误差=（K估算-K实际）/K实际=4.8%A理论=23.1m2A实际=21.9m2余量=（A实际-A理论）/A理论=4.8%2.1.3管壁温度2.1.4壳体壁温近似等于壳体流体进出口算数平均值151.72.1.5温度补偿因为管壁温度与壳体壁温之差50，所以不需要温度补偿2.2冷却器1计算2.2.1热量计算

8、Q=qm1Cp1（t1-t2）=qm2Cp2（T4-T3）=ktm AQ=qm1Cp1（t1-t2）=（43000/3600）*4000 *35=1672kW,由于是同一种物质所以qm和Cp都不变可得T4=85，没有达到30左右所以再加一个冷却器，冷却剂为水。2.2.2面积A与K值计算假设K假设=1600W/（m2*k） tm =tm=（t1-t2）/ln（t1/t2）=52.4Am=ndl=Q/（K假设tm ）qv=A2u=（nd2）u/4 l取9m同上得d=19.3mm n=36 （选择规格为252.5mm）=1115kg/m-3d1=20mm,d2=25mm代入qv=A2u=（nd2）u

9、/4得n=34,查表得选取规格为252.5mm n=38得u=0.9m/s，正三角形排列，管中心距t=1.25d232mm壳体直径D=273mm 中心排管数6 已知t=（120+85）/2=102.5，葡萄糖=0.0012Pa*s（假设值）,Re=du/=16684.054000为湍流与前者不变1=0.023/d（Re）0.8（Pr）0.3=4291W/（m2*k）假定溶液的强制对流 取2=2500 W/（m2*k）1/ K实际=1/1+1/2K实际=1580 W/（m2*k）K的相对误差=（K估算-K实际）/K实际=1.3%A理论=20.20m2A实际=19.94m2余量=（A实际-A理论）

10、/A理论=1.3%2.2.3管壁温度2.2.4壳体壁温近似等于壳体流体进出口算数平均值42.52.2.5温度补偿2.3冷却器22.3.1热量计算取20摄氏度的饱和水作为冷却剂Q=qm1Cp1（t1-t2）=（43000/3600）*4000*55=2628KWtm =tm=（t1-t2）/ln（t1/t2）=302.3.2K值 A值计算取K=2200W/（m2*k） 方法同上但l取9米得d=10mm n=146（管子规格选192mm）d1=15mm d2=19mm代入qv=A2u=（nd2）u/4得n=61,查表得选取规格为192mm ， n=65得u=0.93m/s 正三角形排列，管中心距t

11、=1.25d224mm壳体直径D=273mm 中心排管数9 已知在t=（30+85）/2=57.5下，=0.0008Pa*s（假设值）Re=du/=195084000为湍流Pr=Cp/ =4.31=0.023/d（Re）0.8（Pr）0.3=5513W/（m2*k）水的强制对流 取2=4000 W/（m2*k）K实际=2318 W/（m2*k）K的相对误差=（K估算-K实际）/K实际=5.1%A理论=39.8m2A实际=37.7m2余量=（A实际-A理论）/A理论=5.1%2.3.3管壁温度2.3.4壳体壁温近似等于壳体流体进出口算数平均值202.3.5温度补偿3.辅助设备的选择3.1泵的选择取配料罐和储液罐在同一高度，所以Z=0qv=ud2/4设u=2m/s（水及低粘度液体流速1.5-3m/s）得取热轧无缝钢管的规格为893.5mm 由qv=ud2/4得u=2.03m/s设L=l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7=10+40+40+10+10+5+5=120m取无缝钢管绝对粗糙度=0.1mm, /d=0.00122,（取平均值）湍流再得=0.0225 得（水柱）L2=389=342m 中弯头阻力忽略 湍流取无缝钢管绝对粗糙度/d=0.005查得, =0.035m（水柱）中弯头阻力忽略=0.034