果汁冷卻器的設計 課程設計

1、<p>　　工程原理課程設計說明書</p><p>　　題 目： 果汁冷卻器的設計 </p><p>　　設 計 人： </p><p>　　系 別： 生物工程 </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　設計日期 2010 .11.12 ~ 12.4 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設計任務書·······

3、····································

4、3;···················1</p><p>　　一、方案簡介············&#

5、183;····································

6、············2</p><p>　　二、方案設計···················

7、3;····································&#

8、183;····3</p><p>　　1.確定設計方案··························

9、3;·································3</p><p&g

10、t;　　2.確定物性數(shù)據(jù)··································

11、3;·························3</p><p>　　3.基本量計算······&

12、#183;····································

13、;···················3</p><p>　　4.工藝結構尺寸············&

14、#183;····································

15、;···········4</p><p>　　5.換熱器核算····················&#

16、183;····································

17、·····4</p><p>　　三、設計結果一覽表··························&

18、#183;····························8</p><p>　　四、設計過程中的體會··&

19、#183;····································

20、;··············9</p><p>　　五、參考文獻·················

21、83;····································&

22、#183;······10</p><p>　　六、主要符號說明························&#

23、183;································11</p><p>　

24、　七、Key words··································

25、3;·························12</p><p><b>　　設計任務書</b></p><p&g

26、t;<b>　?。ㄒ唬┰O計題目</b></p><p><b>　　果汁冷卻器的設計。</b></p><p>　?。ǘ┰O計任務及操作條件</p><p>　　處理能力 1980噸/年</p><p>　　設備形式 套管式換熱器</p><p><b>　　操

27、作條件</b></p><p>　?、俟喝肟跍囟?5℃，出口溫度20℃。</p><p>　　②冷卻水：入口溫度6℃，出口溫度16℃。</p><p>　　③允許壓降：不大于1MP</p><p>　?、苊磕臧?30天計，每天24小時繼續(xù)運行。</p><p><b>　　設計要求</b

28、></p><p>　　選擇適宜的套管式換熱器并進行核算。</p><p>　　畫出工藝設備圖及列管布置圖。</p><p><b>　　方案簡介</b></p><p>　　本設計任務是利用冷流體（水）給果汁降溫。利用熱傳遞過程中對流傳熱原則，制成換熱器，以供生產需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產中用到的套管式換熱器。

29、</p><p>　　通常，熱流體（A流體）由上部引入,而冷流體（B流體）則由下部引入。套管中外管的兩端與內管用焊接或法蘭連接。內管與U形肘管多用法蘭連接,便于傳熱管的清洗和增減。每程傳熱管的有效長度取4～7米。這種換熱器傳熱面積最高達18米2, 故適用于小容量換熱。當內外管壁溫差較大時,可在外管設置U形膨脹節(jié)（圖中b）或內外管間采用填料函滑動密封（圖中c）,以減小溫差應力。管子可用鋼、鑄鐵、陶瓷和玻璃等制成,若

30、選材得當,它可用于腐蝕性介質的換熱。</p><p>　　選擇換熱器時,要遵循經(jīng)濟,傳熱效果優(yōu),方便清洗,符合實際需要等原則。換熱器分為幾大類：夾套式換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，螺旋板式換熱器，板翅式換熱器，列管式換熱器等。套管式換熱器的主要結構是由兩種大小不同的標準管組成的同軸套管。它的程數(shù)可以根據(jù)所需傳熱面積大小隨意增減，套管式換熱器適合于高溫、高壓、小流量流體的傳熱，它具有較高的總傳熱系數(shù)，除此之外

31、，它還有耐高溫、結構簡單，制造方便、傳熱面積易于調整等優(yōu)點。</p><p><b>　　二、方案設計</b></p><p><b>　　1．確定設計方案 </b></p><p>　　由于果汁的黏度比水的大，水的對流系數(shù)一般較大，且易結垢，因此冷卻水走內管，果汁走外管，這樣的選擇可以使果汁通過殼體壁面向空氣中散熱，提高

32、冷卻效果。</p><p><b>　　2、確定物性數(shù)據(jù) </b></p><p>　　定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 </p><p>　　外管果汁的定性溫度為：</p><p>　　內管流體的定性溫度為： </p><p>　　根據(jù)定性溫度，分別查取外管和內管流體的有關物性數(shù)據(jù)。 &l

33、t;/p><p>　　果汁在47.5℃下的有關物性數(shù)據(jù)如下： </p><p>　　密度　　 ρo=1080 kg/m3</p><p>　　定壓比熱容　 cpo=3.187kJ/(kg·℃)</p><p>　　導熱系數(shù)　　 λo=0.559 W/(m·K)</p><p>　　黏度　　

34、 μo=0.0015 Pa·s</p><p>　　冷卻水在11℃下的物性數(shù)據(jù)： </p><p>　　密度　　 ρi=999.7kg/m3</p><p>　　定壓比熱容　 cpi=4.191 kJ/(kg·℃)</p><p>　　導熱系數(shù)　　 λi=0.5745W/(m·℃)</p>

35、<p>　　黏度　　　　 μi=0.0012713Pa·s</p><p><b>　　3．基本量計算</b></p><p><b>　　3.1熱流量 </b></p><p>　　果汁的質量流量 Wo=1980103=0.069kg/s</p><p>　　果汁的熱流量 Q

36、o=WocpoΔT=0.069×3.187=J/s</p><p><b>　　3.2平均傳熱溫差</b></p><p>　　T1=75℃ T2=20℃ t1=6℃ t2=16℃</p><p>　　Δt1=T1-t2=59℃ Δt2=T2-t1=14℃</p><p>　　Δtm==

37、=31.28℃</p><p><b>　　3.3冷卻水用量 </b></p><p><b>　　3.4傳熱面積</b></p><p>　　假設總傳熱系數(shù)K=350 W/(m2·℃)</p><p><b>　　傳熱面積</b></p><p&

38、gt;　　考慮 15％的面積裕度，S’=1.15×S=1.15×1.1=1.3m2</p><p>　　4. 工藝結構尺寸 </p><p>　　4.1管徑和管內流速及管長 </p><p>　　內管選用ф19.5×2.25mm傳熱管(碳鋼)，外管選用ф56×3mm(碳鋼）</p><p>　　取管內流

39、速ui=1.7m/s</p><p><b>　　4.2傳熱管數(shù) </b></p><p>　　依據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù) </p><p>　　按單管程設計，所需的長度為</p><p>　　按單管程設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構?，F(xiàn)取傳熱管長l=6m,則該換熱器管程數(shù)為</p><p

40、>　　傳熱管總根數(shù) N=4 (根)</p><p><b>　　5.換熱器核算 </b></p><p><b>　　5.1熱量核算</b></p><p>　　5.1.1外管對流傳熱系數(shù)</p><p>　　外管流體流速及其雷諾數(shù)分別為 </p><p><b&

41、gt;　　普朗特準數(shù) </b></p><p><b>　　格拉曉夫常數(shù)</b></p><p>　　(為流體的膨脹系數(shù)，)</p><p><b>　　努塞爾數(shù)</b></p><p><b>　　=-</b></p><p><b&

42、gt;　　=34.2</b></p><p>　　5.1.2內管對流傳熱系數(shù) </p><p>　　內管流體流速及雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特準數(shù)</b></p><p>　　5.1.3總傳熱系數(shù)K</p><p>　　污垢熱阻 Rs1=0.00021m2℃/w

43、 Rs2=0.0015m2℃/w </p><p>　　管壁熱阻 λ=45w/m℃</p><p>　　5.1.4傳熱面積S'</p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積Sp</p><p>　　該換熱器的面積裕度為 </p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。</p>

44、<p>　　5.2換熱器器內流體的壓力降 </p><p>　　5.2.1內管流動阻力</p><p>　　∑ΔPi=(ΔP1+ΔP2)NsNp</p><p>　　Ns=3 Np=4</p><p>　　由Re＝18873，傳熱管相對粗糙度0.25/15＝0.017，查莫狄圖得λi＝0.046W/m·℃， <

45、/p><p>　　流速ui＝1.6m/s，ρ＝999.7kg/m3，所以 </p><p>　　內管壓力降在允許范圍之內。</p><p>　　5.2.2外管流動阻力</p><p><b>　　設計結果一覽表</b></p><p>　　四、設計過程中的體會</p><p>

46、　　初次接觸化工原理課程設計，根本不知道該做什么，雖然學過理論課，可運用到實際中還是覺得無從下手，感覺好難。剛開始的幾周都是在忙著找一些參數(shù)，比如果汁的密度、黏度、熱導率等，找了好長時間也沒有結果，最后在老師的引導下，終于在圖書館找到了所需要的數(shù)據(jù)。</p><p>　　找到了數(shù)據(jù)，本以為很快就會做好的，卻沒想到中間的過程會那么曲折。選好管子開始算流速，結果流速非常小從而導致雷諾數(shù)很小，管外的果汁始終處于層流區(qū)。

47、換了好多次管子的規(guī)格，結果都一樣。后來大家商量把處理能力擴大十倍，可算完的壓力降又超過了允許范圍，于是又開始重新選管子。沒辦法只好又找老師幫忙，最終在老師的幫助之下，用Excel終于找到了合適的管子規(guī)格，雖然果汁還是處于層流區(qū)，好在也找到了應用于層流區(qū)的公式。又經(jīng)過了幾番折騰終于算出了數(shù)據(jù)并成功地進行了校核。看著自己辛辛苦苦整理出來的設計方案，十分開心，雖然過程有些糾結，但看到自己的努力有了成果，一切辛苦都很值得。</p>

48、<p>　　其實，在整個過程中，雖然遇到了很多問題，也犯了不少錯誤，但是自己真的學到了很多東西，比如word文檔公式的運用，Excel在數(shù)據(jù)處理方面的運用等。以前這些辦公軟件根本就沒得到很好地利用。另外如何查找數(shù)據(jù)也很重要，假如自己查不到數(shù)據(jù)，接下來的工作就沒辦法做，如果查的數(shù)據(jù)是錯誤的，那設計出來的東西也是錯誤的，很可能會導致嚴重的后果。在找數(shù)據(jù)的過程中，我明白了，查數(shù)據(jù)不能就在一本書上找，圖書館的資源很豐富，一定要有耐心

49、，不能浮躁，也不能盲目地尋找，要按著你所需數(shù)據(jù)的應用范圍尋找，不要輕易就說放棄，任何事情都會有解決的辦法。同時，我也學到了要從不同角度思考問題，比如說如何使自己的設計更加合理，這就要求自己在設計前要詳細的考慮各種可能出現(xiàn)的問題和解決辦法，才能達到事半功倍的效果。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]柴誠敬，王軍，張纓編，《化工原理課

50、程設計》天津科學技術出版社，2006.</p><p>　　[2]周巍主編，《食品工程原理》中國輕工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[3]馬連湘，列光啟，王文中編.《化工設備算圖手冊》</p><p>　　[4]《食品工程原理（上）》，中國輕工業(yè)出版社，1997.</p><p>　　[5]《食品工程與原理 例題與習題》，化學工業(yè)出

51、版社，2007.</p><p>　　[6]楊祖榮主編.《化工原理》（第二版）.北京: 化學工業(yè)出版社,2010</p><p>　　[7]潘國昌，郭慶豐主編.《化工設備設計手冊》.北京:清華大學出版社,1998</p><p>　　[8]中國石化集團上海工程有限公司 編.《化工工藝設計手冊》（第三版）.北京:化學工業(yè)出版社,1987</p><

52、p>　　[9]周大軍主編.《化工工藝制圖》北京:化學工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[10]韓冬冰主編.《化工工程設計》北京:學苑出版社,2000</p><p>　　[11] 劉蘇編著.《 AutoCAD2002應用教程》北京:科學出版社,2003</p><p>　　[12] 潘永亮等編.《化工設備機械設計基礎》北京:科學出版社,1991<

53、/p><p><b>　　六、主要符號說明</b></p><p>　　七、Key Words </p><p>　　套管式換熱器 double-pipe heat exchanger</p><p>　　對流傳熱 convectrive heat transfer</p><p>

54、;　　逆流 countercurrent flow</p><p>　　傳熱速率 heat transfer rate </p><p>　　對數(shù)平均溫度差 logmean temperature difference</p><p>　　總傳熱系數(shù) overall heat transfer coefficient

55、</p><p>　　污垢熱阻 fouling resistance</p><p>　　熱導率 thermal conductivity</p><p>　　熱通量 heat flux </p><p>　　質量流量 mass velocity</p><p

56、>　　平均流速 average velocity</p><p>　　層流 laminar flow</p><p>　　湍流 turbulent flow</p><p>　　摩擦系數(shù) friction coefficient</p><p>　　相對粗糙度