果汁冷卻器的設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　工程原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　題 目： 果汁冷卻器的設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè) 計(jì) 人： </p><p>　　系 別： 生物工程 </p><p>　　班 級(jí)：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　設(shè)計(jì)日期 2010 .11.12 ~ 12.4 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)·······

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

4、3;···················1</p><p>　　一、方案簡(jiǎn)介············&#

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

6、············2</p><p>　　二、方案設(shè)計(jì)···················

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

8、183;····3</p><p>　　1.確定設(shè)計(jì)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(jì)算······&

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

13、;···················3</p><p>　　4.工藝結(jié)構(gòu)尺寸············&

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

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

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

17、·····4</p><p>　　三、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表··························&

18、#183;····························8</p><p>　　四、設(shè)計(jì)過(guò)程中的體會(huì)··&

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

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

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

22、#183;······10</p><p>　　六、主要符號(hào)說(shuō)明························&#

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

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

25、3;·························12</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p&g

26、t;<b>　　（一）設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　果汁冷卻器的設(shè)計(jì)。</b></p><p>　　（二）設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p><p>　　處理能力 1980噸/年</p><p>　　設(shè)備形式 套管式換熱器</p><p><b>　　操

27、作條件</b></p><p>　　①果汁：入口溫度75℃，出口溫度20℃。</p><p>　　②冷卻水：入口溫度6℃，出口溫度16℃。</p><p>　?、墼试S壓降：不大于1MP</p><p>　　④每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)繼續(xù)運(yùn)行。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b

28、></p><p>　　選擇適宜的套管式換熱器并進(jìn)行核算。</p><p>　　畫(huà)出工藝設(shè)備圖及列管布置圖。</p><p><b>　　方案簡(jiǎn)介</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)是利用冷流體（水）給果汁降溫。利用熱傳遞過(guò)程中對(duì)流傳熱原則，制成換熱器，以供生產(chǎn)需要。下圖（圖1）是工業(yè)生產(chǎn)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(nèi)管用焊接或法蘭連接。內(nèi)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(zhǎng)度取4～7米。這種換熱器傳熱面積最高達(dá)18米2, 故適用于小容量換熱。當(dāng)內(nèi)外管壁溫差較大時(shí),可在外管設(shè)置U形膨脹節(jié)（圖中b）或內(nèi)外管間采用填料函滑動(dòng)密封（圖中c）,以減小溫差應(yīng)力。管子可用鋼、鑄鐵、陶瓷和玻璃等制成,若

30、選材得當(dāng),它可用于腐蝕性介質(zhì)的換熱。</p><p>　　選擇換熱器時(shí),要遵循經(jīng)濟(jì),傳熱效果優(yōu),方便清洗,符合實(shí)際需要等原則。換熱器分為幾大類(lèi)：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(jié)構(gòu)是由兩種大小不同的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便、傳熱面積易于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1．確定設(shè)計(jì)方案 </b></p><p>　　由于果汁的黏度比水的大，水的對(duì)流系數(shù)一般較大，且易結(jié)垢，因此冷卻水走內(nèi)管，果汁走外管，這樣的選擇可以使果汁通過(guò)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(jìn)口溫度的平均值。 </p><p>　　外管果汁的定性溫度為：</p><p>　　內(nèi)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(nèi)管流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 &l

33、t;/p><p>　　果汁在47.5℃下的有關(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(jì)算</b></p><p><b>　　3.1熱流量 </b></p><p>　　果汁的質(zhì)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(shè)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(jié)構(gòu)尺寸 </p><p>　　4.1管徑和管內(nèi)流速及管長(zhǎng) </p><p>　　內(nèi)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(nèi)流

39、速u(mài)i=1.7m/s</p><p><b>　　4.2傳熱管數(shù) </b></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>　　按單管程設(shè)計(jì)，所需的長(zhǎng)度為</p><p>　　按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)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(duì)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(zhǔn)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(nèi)管對(duì)流傳熱系數(shù) </p><p>　　內(nèi)管流體流速及雷諾數(shù)分別為</p><p><b>　　普朗特準(zhǔn)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(shí)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(chǎn)任務(wù)。</p>

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

45、/p><p>　　流速u(mài)i＝1.6m/s，ρ＝999.7kg/m3，所以 </p><p>　　內(nèi)管壓力降在允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　5.2.2外管流動(dòng)阻力</p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</b></p><p>　　四、設(shè)計(jì)過(guò)程中的體會(huì)</p><p>

46、　　初次接觸化工原理課程設(shè)計(jì)，根本不知道該做什么，雖然學(xué)過(guò)理論課，可運(yùn)用到實(shí)際中還是覺(jué)得無(wú)從下手，感覺(jué)好難。剛開(kāi)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(dǎo)率等，找了好長(zhǎng)時(shí)間也沒(méi)有結(jié)果，最后在老師的引導(dǎo)下，終于在圖書(shū)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(huì)做好的，卻沒(méi)想到中間的過(guò)程會(huì)那么曲折。選好管子開(kāi)始算流速，結(jié)果流速非常小從而導(dǎo)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(jié)果都一樣。后來(lái)大家商量把處理能力擴(kuò)大十倍，可算完的壓力降又超過(guò)了允許范圍，于是又開(kāi)始重新選管子。沒(méi)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(yīng)用于層流區(qū)的公式。又經(jīng)過(guò)了幾番折騰終于算出了數(shù)據(jù)并成功地進(jìn)行了校核?？粗约盒列量嗫嗾沓鰜?lái)的設(shè)計(jì)方案，十分開(kāi)心，雖然過(guò)程有些糾結(jié)，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(shí)，在整個(gè)過(guò)程中，雖然遇到了很多問(wèn)題，也犯了不少錯(cuò)誤，但是自己真的學(xué)到了很多東西，比如word文檔公式的運(yùn)用，Excel在數(shù)據(jù)處理方面的運(yùn)用等。以前這些辦公軟件根本就沒(méi)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(lái)的工作就沒(méi)辦法做，如果查的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，那設(shè)計(jì)出來(lái)的東西也是錯(cuò)誤的，很可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。在找數(shù)據(jù)的過(guò)程中，我明白了，查數(shù)據(jù)不能就在一本書(shū)上找，圖書(shū)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(yīng)用范圍尋找，不要輕易就說(shuō)放棄，任何事情都會(huì)有解決的辦法。同時(shí)，我也學(xué)到了要從不同角度思考問(wèn)題，比如說(shuō)如何使自己的設(shè)計(jì)更加合理，這就要求自己在設(shè)計(jì)前要詳細(xì)的考慮各種可能出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法，才能達(dá)到事半功倍的效果。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]柴誠(chéng)敬，王軍，張纓編，《化工原理課

50、程設(shè)計(jì)》天津科學(xué)技術(shù)出版社，2006.</p><p>　　[2]周巍主編，《食品工程原理》中國(guó)輕工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[3]馬連湘，列光啟，王文中編.《化工設(shè)備算圖手冊(cè)》</p><p>　　[4]《食品工程原理（上）》，中國(guó)輕工業(yè)出版社，1997.</p><p>　　[5]《食品工程與原理 例題與習(xí)題》，化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社,2010</p><p>　　[7]潘國(guó)昌，郭慶豐主編.《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》.北京:清華大學(xué)出版社,1998</p><p>　　[8]中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司 編.《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）.北京:化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[10]韓冬冰主編.《化工工程設(shè)計(jì)》北京:學(xué)苑出版社,2000</p><p>　　[11] 劉蘇編著.《 AutoCAD2002應(yīng)用教程》北京:科學(xué)出版社,2003</p><p>　　[12] 潘永亮等編.《化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》北京:科學(xué)出版社,1991<

53、/p><p><b>　　六、主要符號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　七、Key Words </p><p>　　套管式換熱器 double-pipe heat exchanger</p><p>　　對(duì)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(duì)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(dǎo)率 thermal conductivity</p><p>　　熱通量 heat flux </p><p>　　質(zhì)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(duì)粗糙度