用水冷却牛奶、脱脂牛奶的列管式换热器的设计
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- 化工原理课程设计换热器目录
目录 1
一、食品工程原理课程设计任务书 2
1. 设计题目 2
2. 设计条件 2
3. 设计任务 2
二、 方案简介 3
三、方案设计 3
1. 确定设计方案 3
(1) 两流体温度变化情况 3
(2) 选择换热器的类型 4
(3) 流动空间及流速的确定 4
(4) 流向的选择 4
2.确定物性数据 5
四、 初算有效平均温差 5
1. 计算热负荷量和冷水流量 5
2. 计算两流体的平均温度差 6
3. 选取经验的换热器传热系数 6
4. 实际传热面积 7
五、 校核传热系数 7
1. 管程传热系数 7
2. 壳程的传热系数 8
3. 污垢热阻 9
4. 计算总传热系数K 9
5. 传热面积裕度 9
六、壁温的计算 10
七、计算换热器内的流体的流体阻力 10
1． 管程流动阻力 10
2． 壳程阻力 11
八、 经济核算 12
九、 辅助设备的计算及选型 13
1.管箱 13
2.封头 13
3.折流板 13
4.接管 13
5.导流筒 13
6. 放气孔、排气孔 14
7. 离心泵 14
附表1 换热器主要结构尺寸和计算结果一览表 17
附表2符号 18
参考文献 19
一、食品工程原理课程设计任务书
1.设计题目
用水冷却牛奶、脱脂牛奶的列管式换热器的设计
2.设计条件
(1)牛奶
处理量： =78吨/小时
进口温度：100℃、出口温度：30℃。
压强降：管程 ＜80kPa 壳程 ＜50kPa
(2)冷却水
进口温度：（20～25范围选择）℃、出口温度：（30～35范围选择）℃ 。
3.设计任务
(1)根据设计条件选择合适的换热器型号，并核算换热面积、压力降是否满足要求，并设计管道与壳体的连接，管板与壳体的连接、折流板等。
(2)绘制列管式换热器的装配图。
(3)编写课程设计说明书。
4.设计时间
2016年4月19日～2016年5月20日
二、方案简介
本设计任务是利用冷流体（水）给牛奶降温。利用热传递过程中对流传热原则，制成换热器，以供生产需要。
选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洗，复合实际需要等原则。换热器分为几大类：夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，螺旋板式换热器，板翅式换热器，热管式换热器，列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器作为设计基础。
三、方案设计
某厂在生产过程中，需将牛奶、脱脂牛奶从=100℃冷却到=30℃。处理能力为78。冷却介质采用自来水，入口温度=20℃，出口温度=34℃。要求换热器的管程压降不大于80和壳程的压降不大于50。试设计能完成上述任务的列管式换热器。
1.确定设计方案
(1) 两流体温度变化情况
热流体进口温度=100℃，出口温度=30℃冷流体。
冷流体进口温度=20℃，出口温度=34℃。从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用固定管板式换热器。
(2) 选择换热器的类型
流体温度变化情况:热流体（牛奶）=100℃出口温度=30℃；冷流体（水）进口温度=20℃，出口温度=34℃。由两流体的温差来看，由于两流体温差,估计换热器的管壁温度和壳体壁温度不会很大，又从经济实用等诸多因素考虑，因此初步确定选用固定管板式换热器。
(3) 流动空间及流速的确定
从两流体的压力来看循环冷却水应该走壳程，牛奶走管程。因为管子承压能力强，而且还简化了壳体密封的要求。所设计换热器用于冷却牛奶，牛奶与水相比黏度更大，相比之下更易于结垢，走管程方便清洗。综上所述，换热器选择固定管板式。同时，选择逆流方式，提高冷却效率。 选用19×2的不锈钢管，管内流速取0.5。
(4) 流向的选择
当冷，热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流体，所需要的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然在一般情况下，逆流操作总是优于并流。因此，换热器选择逆流操作。
2.确定物性数据
定性温度：可取流体进口温度的平均值。
管程牛奶的定性温度为：
壳程流体的定性温度为：
根据定性温度，分别查取[1][2]壳程和管程流体的有关物性数据，如下表1所示。
表1 牛奶与水的物性参数
物质 密度
定压比热
导热系数
黏度
定性温度
℃
牛奶 1030 3.90 0.580 1.5x10-3 65
水 997.45 4.18 0.5985 9.482x10-4 27
四、初算有效平均温差
1.计算热负荷量和冷水流量
（1）热负荷量...
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