2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  l </p><p><b>  環(huán)境工程原理</b></p><p><b>  課程設(shè)計說明書</b></p><p>  列管式換熱器在牛奶冷卻過程中 的設(shè)計</p><p><b>  目 錄</b>

2、;</p><p><b>  一、緒論</b></p><p>  1、換熱器的設(shè)計意義與重要性</p><p>  2、滅菌牛奶冷卻換熱器計算過程中的主要參數(shù)說明</p><p><b>  二、換熱器的原理</b></p><p>  1、列管式換熱器的設(shè)計原理<

3、/p><p>  2、列管式換熱器的設(shè)計任務(wù)</p><p><b>  三、設(shè)計計算</b></p><p><b>  1、確定設(shè)計方案</b></p><p><b>  2、確定物性數(shù)據(jù)</b></p><p><b>  3、計算總傳熱系

4、數(shù)</b></p><p><b>  4、計算傳熱面積</b></p><p><b>  5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p><b>  6、換熱器核算</b></p><p><b>  (1)熱量核算</b></p>

5、<p> ?。?)換熱器內(nèi)流體的流動阻力</p><p>  (3)換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果總表</p><p><b>  四、參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>  緒論</b></p><p>  1、換熱器的設(shè)計意義及其重要性。</p><p>

6、  換熱器是各種工業(yè)部門最常見的通用熱工設(shè)備,廣泛應(yīng)用于化工,能源,機(jī)械,交通,制冷,空調(diào)及航空航天等各個領(lǐng)域。換熱器不僅是保證某些工藝流程和條件而廣泛使用的設(shè)備,也是開發(fā)利用工業(yè)二次能源,實現(xiàn)余熱回收和節(jié)能的主要設(shè)備。</p><p>  在食品工業(yè)中的加熱,冷卻,蒸發(fā)和干燥等的單元操作中,經(jīng)常見到食品物料與加熱或冷卻介質(zhì)間的熱交換。各種換熱器的作用,工作原理,結(jié)構(gòu)以及其中工作的流體類型,數(shù)量等差別很大,而換熱

7、器的工作性能的優(yōu)劣直接影響著整個裝置或系統(tǒng)綜合性能的好壞,因此換熱器的合理設(shè)計極其重要。</p><p>  目前國內(nèi)外在過程工業(yè)生產(chǎn)中所用的換熱器設(shè)備中,列管式換熱器仍占主導(dǎo)地位,雖然它在換熱效率,結(jié)構(gòu)緊湊性和金屬材料消耗等方面,不如其他新型換熱設(shè)備,但她具有結(jié)構(gòu)堅固,操作彈性大,適應(yīng)性強(qiáng),可靠性高,選用范圍廣,處理能力大,能承受高溫和高壓等特點,所以在工程中仍得到廣泛應(yīng)用。</p><p&

8、gt;  2、滅菌牛奶冷卻換熱器計算過程中的主要參數(shù)說明</p><p>  T---牛奶的定性溫度,℃</p><p>  t---冷鹽水的定性溫度,℃</p><p>  ---牛奶的密度,kg/m3</p><p>  ---牛奶的定壓比熱容,kJ/(kg·℃)</p><p>  ---牛奶的導(dǎo)熱系數(shù)

9、, W/(m·℃)</p><p>  ---牛奶的粘度,Pa·s</p><p>  ---冷鹽水的密度,kg/m3</p><p>  ---冷鹽水的定壓比熱容,kJ/(kg·℃)</p><p>  ---冷鹽水的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·℃)</p><p>  ---冷鹽水的

10、粘度,Pa·s </p><p>  ----熱流量,kW</p><p>  ----總傳熱系數(shù),W/(㎡·℃)</p><p>  ----進(jìn)行換熱的兩流體之間的平均溫度差,℃</p><p>  ----冷卻水用量,kg/s</p><p><b>  ----雷諾

11、準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>  ---普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p>  ----管程傳熱系數(shù),W/(㎡·℃)</p><p>  ----殼程傳熱系數(shù),W/</p><p>  ----冷鹽水污垢熱阻,㎡·℃/W; </p><p>  ---

12、-牛奶污垢熱阻,㎡·℃/W</p><p>  ----管壁的導(dǎo)熱系數(shù),W/(㎡·℃)</p><p>  ---傳熱管數(shù),(根)</p><p>  ---傳熱管長度,m</p><p><b>  ---換熱器管程數(shù)</b></p><p><b>  ---傳熱

13、管總根數(shù)</b></p><p><b>  ---溫度校正系數(shù)</b></p><p>  ---橫過管束中心線的管數(shù)</p><p><b>  ---管心距,mm</b></p><p>  ---殼體內(nèi)徑,mm</p><p>  ---弓形折流板圓缺高度

14、,mm</p><p>  ---折流板間距,mm</p><p><b>  ---折流板數(shù)</b></p><p>  ---接管內(nèi)徑,mm</p><p><b>  ---當(dāng)量直徑,m</b></p><p>  ---殼程流體流速,m/s</p>&l

15、t;p>  ---管程流體流速,m/s</p><p><b>  ---傳熱面積,</b></p><p>  ---換熱器實際傳熱面積,</p><p>  ---換熱器面積裕度</p><p>  ---管程壓降,Pa</p><p>  ---管內(nèi)摩擦壓降,Pa</p>

16、<p>  ---管程的回彎壓降,Pa</p><p><b>  ---殼程串聯(lián)數(shù)</b></p><p>  ---管程壓降的結(jié)垢修正系數(shù)</p><p>  ---殼程壓降,Pa</p><p>  ---流體流經(jīng)管束的阻力,Pa</p><p>  ---流體流過折流板缺口的阻

17、力,Pa </p><p>  二、換熱器的設(shè)計原理</p><p>  1、列管式換熱器的設(shè)計原理</p><p>  列管式換熱器主要由殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體內(nèi)部裝有平行管束,管束兩端固定在管板上。一種流體在管內(nèi)流動,另一種流體則在殼體內(nèi)流動。殼內(nèi)往往按照一定數(shù)目設(shè)置與管束垂直的折流擋板,不僅防止短路、增加流體流速,而且可以迫使流體按照規(guī)定的路

18、徑多次錯流經(jīng)過管束,使湍動的程度大大提高,實現(xiàn)換熱器的換熱。</p><p>  2、列管式換熱器的設(shè)計任務(wù)</p><p>  在滅菌后牛奶的冷卻過程中,牛奶由 70 ℃降至25 ℃,牛奶流量為 12480 kg/ h ,壓力為 0.7 MPa 。該過程采用濃度很稀的冷鹽水冷卻(因此冷鹽水的相關(guān)物性數(shù)據(jù)可參考水的物性數(shù)據(jù))。冷鹽水入口溫度為 10℃ ,出口溫度 20℃ 。試設(shè)計一臺列管式

19、換熱器完成該生產(chǎn)任務(wù)。</p><p><b>  三、設(shè)計計算</b></p><p><b>  1、確定設(shè)計方案</b></p><p>  (1)、選擇換熱器類型</p><p>  兩流體溫度變化情況:熱流體進(jìn)口溫度70℃,出口溫度25℃;冷流體(冷鹽水)進(jìn)口溫度10℃,出口溫度20℃???/p>

20、慮到該換熱器的管壁溫和殼體壁溫相差較大,因此初步確定選用帶膨脹節(jié)固定的管板式換熱器。</p><p>  (2)、流動空間及流速的確定</p><p>  由于冷鹽水較易結(jié)垢,為便于清洗,另外,粘度大的流體(牛奶)宜于通入管間空間,所以應(yīng)使冷鹽水走管程,牛奶走殼程。選用 25×2.5mm的碳鋼管。管內(nèi)流速取 =1.1m/s。</p><p><b&g

21、t;  2、確定物性數(shù)據(jù)</b></p><p>  定性溫度:可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。</p><p>  管程冷鹽水的定性溫度為</p><p>  殼程牛奶的定性溫度為</p><p>  根據(jù)定性溫度,分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>  牛奶在47.5℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)

22、如下: </p><p>  密度   =1030 kg/m3</p><p>  定壓比熱容 =3.770 kJ/(kg·℃)</p><p>  導(dǎo)熱系數(shù)   =0.61 W/(m·℃)</p><p>  粘度   =0.002128 Pa·s</p>&l

23、t;p>  冷鹽水在15℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:</p><p>  密度 =999.1 kg/m3</p><p>  定壓比熱容 =4.189kJ/(kg·℃)</p><p>  導(dǎo)熱系數(shù) =0.5894 W/(m·℃)</p><p>  粘度 =0

24、.00113376 Pa·s</p><p><b>  3、計算總傳熱系數(shù)</b></p><p><b>  (1)、熱流量</b></p><p>  (2)、平均傳熱溫差</p><p>  (3)、冷卻冷鹽水用量</p><p><b>  (4

25、)、總傳熱系數(shù)</b></p><p><b>  管程傳熱系數(shù)</b></p><p><b>  殼程傳熱系數(shù)</b></p><p>  假設(shè)殼程的傳熱系數(shù) </p><p><b>  污垢熱阻</b></p><p><b&g

26、t;  管壁導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p><b>  4、計算傳熱面積</b></p><p>  考慮20%的面積裕度</p><p><b>  5、工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>  (1)、管徑和管內(nèi)流速</p><p>  選用 傳熱管(碳鋼)

27、。管內(nèi)流速取 。</p><p>  (2)、管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>  依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)。</p><p>  按單程管計算,所需傳熱管長度為</p><p>  按單管程設(shè)計,傳熱管過長,宜采用多管程結(jié)構(gòu)?,F(xiàn)取傳熱管長l=6m。則該換熱器管程數(shù)為</p><p><b>  

28、傳熱管總根數(shù)為</b></p><p>  (3)、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>  平均傳熱溫差校正系數(shù)</p><p>  按單殼程、兩管程結(jié)構(gòu),溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖表。</p><p><b>  可得:</b></p><p><b>  平均換熱溫差&

29、lt;/b></p><p>  (4)、傳熱管排列和分程方法</p><p>  采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列,隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距 </p><p>  橫過管束中心線的管數(shù)</p><p><b>  (5)、殼體內(nèi)徑</b></p><p>  采用多管程結(jié)構(gòu)

30、。取管板利用率 ,則殼體內(nèi)徑為</p><p><b>  圓整可取 。</b></p><p><b>  (6)、折流板</b></p><p>  采用弓形折流板。取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%。則切去的圓缺高度為 ,故可取h=100mm。</p><p>  取折流板間距 。故可取B

31、=150mm。</p><p><b>  折流板數(shù)</b></p><p>  折流板圓缺面水平裝配。</p><p><b>  (7)、接管</b></p><p>  殼程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)牛奶流速為2.0m/s,則接管內(nèi)徑為</p><p><b>

32、  0.046m</b></p><p>  取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50mm</p><p>  管程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)冷鹽水流速為1.5m/s,則接管內(nèi)徑為</p><p><b>  0.109m</b></p><p>  取標(biāo)準(zhǔn)管徑為100mm</p><p><b> 

33、 6、換熱器核算</b></p><p><b>  (1)、熱量核算</b></p><p><b>  、殼程傳熱系數(shù)</b></p><p>  對圓缺形折流板可采用科恩公式</p><p>  當(dāng)量直徑,由正三角形排列得</p><p><b>

34、  殼程流通截面積</b></p><p>  殼程流體流速及雷諾數(shù)分別為</p><p><b>  普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>  粘度校正</b></p><p><b>  、管程對流傳熱系數(shù)</b></p><p>

35、<b>  管程流通截面積</b></p><p><b>  管程流體流速</b></p><p><b>  普蘭特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p><b>  、傳熱系數(shù)K</b></p><p><b>  782.9 </b>&

36、lt;/p><p><b>  、傳熱面積S</b></p><p>  該換熱器實際傳熱面積Sp</p><p><b>  該換熱器面積裕度為</b></p><p>  換熱器的面積裕度合適,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>  (2)、換熱器內(nèi)流體的流動阻力&l

37、t;/p><p><b>  、管程流動阻力</b></p><p>  Ns=1, Np=2, =1.4</p><p>  由Re=19128,傳熱管相對粗糙度為 ,查莫狄圖得</p><p><b>  ,流速 , </b></p><

38、;p><b>  所以</b></p><p>  故管程流速阻力在允許范圍內(nèi)</p><p><b>  、殼程阻力</b></p><p><b>  流體流經(jīng)管束的阻力</b></p><p>  流體流過折流板缺口時的阻力</p><p>

39、  殼程流體阻力也比較適宜</p><p>  (3)、換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果如下表:</p><p><b>  四、參考文獻(xiàn):</b></p><p>  1.賈紹義、柴誠敬.化工原理課程設(shè)計.天津:天津出版社,2002</p><p>  2.李功樣等.常用化學(xué)單元設(shè)備設(shè)計.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2003

40、</p><p>  3.匡國柱、史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002 </p><p>  4.涂偉萍等.化工過程及設(shè)備設(shè)計.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000</p><p>  5.化工設(shè)備設(shè)計全書編委會.換熱器設(shè)計.上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社,1988</p><p>  6.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB151

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