食品工程原理课程设计说明书题目：浮头式换热器的设计学院：粮油食品学院______专业班级：食工1006班学生姓名：学生学号：学校：河南工业大学目录第一章设计意义 (1)第二章主要参数说明 (1)第三章课程任务说明书 (3)第四章换热器的设计计算 (4)第一节确定设计方案 (4)第二节确定物性参数 (4)第三节计算总传热系数 (5)第四节计算传热面积 (6)第五节工艺结构尺寸 (6)第六节换热器核算 (8)6 – 1 热量核算 (8)6 – 2 换热器内流体的流动阻力 (10)6 – 3 换热器主要结构尺寸和计算总结表 (11)第五章离心泵的选择 (13)第一节管径初选 (13)H的计算 (13)第二节压头e第三节离心泵主要参数 (15)参考文献 (15)第一章 设计意义换热器是许多工业部门最的通用工艺设备，广泛应用于化工，能源，机械，交通，制冷，空调及航空航天等各个领域。
换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛使用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能的主要设备。
在食品工业中的加热，冷却，蒸发和干燥等的单元操作中，经常见到食品物料与加热或冷却介质间的热交换。
各种换热器的作用，工作原理，结构以及其中工作的流体类型，数量等差别很大，而换热器的工作性能的优劣直接影响着整个装置或系统综合性能的好坏，因此换热器的合理设计极其重要。
目前国内外在过程工业生产中所用的换热器设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率，结构紧凑性和金属材料消耗等方面，不如其他新型换热设备，但她具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠性高，选用范围广，处理能力大，能承受高温和高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。
第二章 主要参数说明T ---牛奶的定性温度，℃t ---冷盐水的定性温度，℃ o ρ---牛奶的密度，/()kJ kg K ⋅po C ---牛奶的定压比热容，/()kJ kg K ⋅o λ---牛奶的导热系数，/()W m K ⋅ o μ---牛奶的粘度，Pa s ⋅ i ρ---冷盐水的密度，3/kg mpi C ---冷盐水的定压比热容，/()kJ kg K ⋅i λ---冷盐水的导热系数，/()W m K ⋅i μ---冷盐水的粘度，Pa s ⋅ Q ----热流量，KWK ----总传热系数，2/()W m K ⋅m t ∆----进行换热的两流体之间的平均温度差，℃mi q ----冷却水用量，/kg sRe ----雷诺准数P r ---普兰特准数i α----管程传热系数，2/()W m K ⋅ o α----壳程传热系数，2/()W m K ⋅si R ----冷盐水污垢热阻，2/m K W ⋅ so R ----牛奶污垢热阻，2/m K W ⋅λ----管壁的导热系数，2/()W m K ⋅s n ---传热管数，（根）L ---传热管长度，mP N ---换热器管程数N ---传热管总根数t ϕ∆---温度校正系数c n ---横过管束中心线的管数t ---管心距，mm D ---壳体内径，mmh ---弓形折流板圆缺高度，mmB ---折流板间距，mmB N ---折流板数d ---接管内径，mme d ---当量直径，mo u ---壳程流体流速，/m s i u ---管程流体流速，/m sS ---传热面积，2mP S ---换热器实际传热面积，2mH ---换热器面积裕度i P ∑∆---管程压降，Pa1P ∆---管内摩擦压降，Pa 2P ∆---管程的回弯压降，Pas N ---壳程串联数 t F ---管程压降的结垢修正系数 o P ∑∆---壳程压降，Pa1P '∆---流体流经管束的阻力，Pa2P '∆---流体流过折流板缺口的阻力，Pa第三章课程设计任务书1.设计题目：浮头式换热器的设计．2.设计任务：用水将高温灭菌后的牛奶冷却。
3.设计条件1)灭菌后的牛奶由60℃降至10 ℃，牛奶流量为4400 kg/ h ，压力为0.7MPa 。
2)该过程采用浓度很稀的冷盐水冷却（因此冷盐水的相关物性数据可参考水的物性数据）。
冷盐水入口温度为0℃，出口温度10℃。
设计还要求选用一台合适的离心泵，完成相应的生产任务。
管路布置如图（参考图），已知泵进口段管长L进=5米，泵出口段管长L出=15米。
（均不包括局部阻力损失。
局部阻力：底阀1个，标准90°弯头3个，球心阀1个）第四章 换热器的设计计算第一节 确定设计方案(1)、两流体温度变化情况热流体(牛奶)进口温度60℃，出口温10℃； 冷流体(冷盐水)进口温度0℃，出口温度10℃。
(2)、流动空间及流速的确定由于冷盐水较易结垢，为便于清洗，另外，粘度大的流体（牛奶）宜于通入管间空间，所以应使冷盐水走管程，牛奶走壳程。
选用25×2.5mm 的碳钢管。
管内流速取=1.0m/s 。
第二节 确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值。
管程冷盐水的定性温度为120105()22t t t ++===℃ 壳程牛奶的定性温度为12601035()22T T T ++===℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
牛奶在35℃下的有关物性数据如下： 密度 31030/o kg m ρ= 定压比热容 3770/()po C J kg K =⋅ 导热系数 0.61/()o W m K λ=⋅ 粘度 32.1210o Pa s μ-=⨯⋅ 冷盐水在5℃下的有关物性数据如下： 密度 3999.8/i kg m ρ= 定压比热容 4200/()pi C J kg K =⋅导热系数 0.562/()o W m K λ=⋅ 粘度 31.5410o Pa s μ-=⨯⋅第三节 计算总传热系数(1)、热流量8o 012()44003770(6010)8.29410/230.4m m Q q C T T J h kW =-=⨯⨯-=⨯=(2)、平均传热温差12601050T T T ∆=-=-=（℃） 2110010t t t ∆=-=-=（℃）501024.8550ln ln 10m T t t T t ∆-∆-∆===∆∆（℃）(3)、冷却冷盐水用量8218.2941019748(/)()4200(100)mi pi Q q kg h C t t ⨯===-⨯-(4)、总传热系数 管程传热系数：30.02 1.0999.8Re 129841.5410i i iid u ρμ-⨯⨯===⨯ pi i0.80.4ii C 0.023Re ()d iiμλαλ=⋅⋅⋅30.80.4110.5624200 1.54100.023*********()0.020.562W m K ---⨯⨯=⨯⨯⨯=⋅⋅（） 壳程传热系数:假设壳程的传热系数 111200o W m K α--=⋅⋅ 污垢热阻:查得 210.000172si R m K W -=⋅⋅210.000172so R m K W -=⋅⋅管壁导热系数:1145W m K λ--=⋅⋅ 以外表面为基准计算111()o o o so si om i i id d dK R R d d d δαλα-=++⋅+⋅+⋅ 其中0.0250.020.0225()22o i m d d d m ++===，则 111()o o o so si om i i id d d K R R d d d δαλα-=++⋅+⋅+⋅110.00250.0250.02510.025(0.0001720.000172)1200450.02250.0233540.02-=++⨯+⨯+⨯ 11604.3()W m K --=⋅⋅第四节 计算传热面积32230.41015.34()604.324.85m Q m K T ⨯'===⋅∆⨯S考虑15%的面积裕 21.15 1.1515.3417.64()S S m '==⨯=第五节 工艺结构尺寸(1)、管径和管内流速 选用传热管（碳钢）。
管内流速取 1.0m/s i u =。
(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:s 2219748/(999.83600)17.47183.140.02 1.044i i V n d u ⨯===≈⋅⋅⨯⨯（根）π 按单程管计算，所需传热管长度为:17.6412.48m 3.140.02518o s S L d n ===⋅⋅⨯⨯（）π按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
现取传热管长l m =4.5。
则该换热器管程数为p L 12.48N =2.784.5l ==考虑到管程数为奇数时操作的难度较大，选管程数为4 传热管总根数为s p N=n N 18472⨯=⨯=（根）(3)、平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数21111221t -t 100P=0.17T -600-T 6010=5t -t 100t T R -==--==-按单壳程、四管程结构，温差校正系数应查有关图表。
可得：0.83t ϕ∆=平均换热温差 24.850.8320.63()m m t t t ϕ∆∆=∆⋅=⨯=℃ (4)、传热管排列和分程方法 采用正三角形排列,取管心距则横过管束中心线的管数 1.1 1.1729.310()c n N ==⨯=≈根 (5)、壳体内径计算壳体内径的公式：D=t c （n -1）+2e通常(1 1.5)o d e=，这里取 1.5o d e=，则有D=t c ⨯⨯⨯（n -1）+2e=32(10-1)+2 1.525=363(mm)圆整可取。
(6)、折流板采用弓形折流板。
取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%。
则切去的圆缺高度为，故可取h=100mm 。
取折流板间距0.70.7400280()B D mm ==⨯=。
故可取B=300mm 。
折流板数 4500N =1114(300B l B -=-=块） 折流板圆缺面水平装配。
(7)、接管a) 壳程流体进出口接管:取接管内牛奶流速为1.5m/s,则接管内径为444400/(10303600)0.0317()31.7() 3.14 1.5o V d m mm u ⨯⨯====⨯π 取标准管径为30d mm =则取 22444400/(10303600)1.7(/)3.140.03o V u m s ⨯⨯===⨯πd b) 管程流体进出口接管:取接管内冷盐水流速为1.5m/s,则接管内径为4419748/(999.83600)0.0683()68.3()3.14 1.5i V d m mm u ⨯⨯====⨯π 取标准管径为70d mm =则取 224419748/(999.83600)1.5(/)3.140.07i V u m s ⨯⨯===⨯πd 第六节 换热器核算6 - 1 热量核算a) 壳程传热系数对圆缺形折流板可采用科恩公式0.551/30.140.36RePr ()oo o ewd λμαμ=⋅⋅⋅⋅ 当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积20.025(1)0.30.4(1)0.02625()0.032o o d S BD m t =-=⨯⨯-= 壳程流体流速及雷诺数分别为4400/(10303600)0.0452(/)0.02625o o V u m s S ⨯===30.0250.4521030Re 5492.1210o o ood u ρμ-⨯⨯===⨯普兰特准数3po C 3770 2.1210Pr 13.100.61ooμλ-⨯⨯===粘度校正 0.14()1o wμμ≈ 则0.551/30.140.36RePr ()oo o ewd λμαμ=⋅⋅⋅⋅ 1/30.55210.610.3654913.101830.7()0.02W m K --=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅b) 管程对流传热系数0.80.40.023RePr io id λα=⋅⋅⋅管程流通截面积2223.140.02180.05652()44i i s S d n m =⋅⋅=⨯⨯=π管程流体流速1748/(999.83600)0.971(/)0.005652i i V u m s S ⨯=== 30.020.971999.8Re 126081.5410i i iid u ρμ-⨯⨯===⨯普兰特准数3pi iC 4200 1.5410Pr 11.510.562iμλ-⨯⨯===则有0.80.40.023RePr io id λα=⋅⋅⋅0.80.4210.0520.023*******.513276()0.02W m K --=⨯⨯⨯=⋅⋅ c) 传热系数K111()o o o so si om i i id d dK R R d d d δαλα-=++⋅+⋅+⋅ 110.00250.0250.02510.025(0.0001720.000172)830.7450.02250.0232760.02-=++⋅+⋅+⋅ 11491.6()W m K --=⋅⋅ d) 传热面积S32230.41022.72()491.620.63m Q m K t ⨯===⋅∆⨯S该换热器实际传热面积Sp23.140.025 4.57225.43()p o S lN m ==⨯⨯⨯=πd该换热器面积裕度为25.4322.7211.922.72p S S H S--===％换热器的面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。