一：設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)題目：浮頭式換熱器的設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)條件：滅菌后的牛奶：處理量：4200千克/小時(shí)，進(jìn)口溫度：60°C出口溫度：10°C壓力0.7Mpa冷卻水：進(jìn)口溫度：0C 出口溫度：10C,以上設(shè)計(jì)還要求選用一臺(tái)合適的離心泵，完成相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)。管路布置如圖(參考圖)，已知泵進(jìn)口段管長(zhǎng)L進(jìn)=5米，泵出口段管長(zhǎng)L出=15米。(均不包括局部阻力損失。局部阻力：底閥1個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭3個(gè)，球心閥1個(gè))

設(shè)計(jì)任務(wù)：用水將高溫滅菌后的牛奶冷卻。根據(jù)設(shè)計(jì)條件選擇合適的換熱器型號(hào)，并核算換熱面積，壓力降是否滿足要求，并設(shè)計(jì)管道與殼體的連接，管板與殼體的連接，折流板等。繪制浮頭式換熱器的裝配圖。(3)編寫課程設(shè)計(jì)說明書。設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介在食品工業(yè)中的加熱、冷卻、冷凍、蒸發(fā)和干燥的單元操作中，經(jīng)常見到食品物料與加熱介質(zhì)活冷卻介質(zhì)的熱交換。這就需要用到進(jìn)行熱交換的設(shè)備---換熱器。換熱器（熱交換器）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用甚為廣泛。選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：①熱流體（牛奶）進(jìn)口溫度60°C出口溫度10C:②冷流體（鹽水）進(jìn)口溫度0C,出口溫度10C，由兩流體的溫差來看，由于兩流體溫差（60+10）/2-（0+10）/2=30C<50C,估計(jì)換熱器的管壁溫度和殼體壁溫度不會(huì)很大，但冬季操作時(shí)，進(jìn)口溫度會(huì)發(fā)生變化，考慮到該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差增大，同時(shí)便于污垢清洗及檢修。因此初步確定選用浮頭式換熱器。管程安排及流動(dòng)空間的選擇：從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使走牛奶管程，冷卻水走殼程，其原因如下：不易清洗和易結(jié)垢的液體宜在管程，因管內(nèi)清洗方便。因?yàn)榕Ｄ淘诟邷叵氯菀捉Y(jié)垢，所以應(yīng)使牛奶走管程，冷卻水走殼程。當(dāng)冷、熱流體的進(jìn)出口溫度相同時(shí)，逆流操作的平均推動(dòng)力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需的傳熱面積較小。逆流操作時(shí)，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而冷卻介質(zhì)用量可以較小。顯然在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。設(shè)計(jì)計(jì)算：熱流量q二mcAt=4200X3.77X(60-10)=791700kJ/h=219.917kw冷鹽水量：W=Q/Cp(t-t)==18850kg/h確定物性數(shù)據(jù)：定性溫度：管層鹽水的定性溫度：T=(10+0)/2=5殼層牛奶的定性溫度：(60+10)/2=35定性溫度下流體的物性：溫度密度Kg/比熱容KJ/(Kg.)粘度Pa.s熱導(dǎo)率KJ/(m.)管程鹽水5999.842000.001540.562殼程牛奶3510303.7721200.613.計(jì)算兩流體的平均溫度差:= =24.85P===0.167;R==5查表得：Ft=0.82所以a=24.85x0.82=20.38^

殼程單程，管側(cè)2程或2n程的換熱器溫差修正系數(shù)總傳熱系數(shù)K：管程傳熱系數(shù):Re===12984殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)為％=1200呼污垢熱阻《Mg'搭7；s=0.000172m2-k/K7Rs。=0.000172m'k*管壁的導(dǎo)熱系數(shù)4=45"(m?k)TOC\o"1-5"\h\zK= 1土+心,?業(yè)+虬+屜。+【addZd1a)i ] m o°，°25+。.。。。172><空+°血5><°()25+0.00。]72+」_3354x().020 0.020 45x0,0225 1200計(jì)算傳熱面積:考慮15%的血積裕度S=1.15xS=20.54工藝結(jié)構(gòu)尺寸管徑和管內(nèi)流速選用825X2.5傳熱管（碳鋼）,取管內(nèi)流速ui=1.0m/s。管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)==16.68按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為L(zhǎng)===15.39m按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多程管結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=4.5m。則該換熱器的管程數(shù)為：=，則傳熱管的總根數(shù)為：N=4=68根從設(shè)計(jì)考慮，可以去N=72傳熱管排列和分程方法：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t=1.25=1.25=31.25橫過管束中心線的管數(shù)=1.19=1.19=10.1殼體內(nèi)徑：采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.6，則殼體內(nèi)徑為D=1.05t=1.05=357.7mm圓整可取D=400mm折流板采用弓形折流板，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h=O.25X400=100(mm)，故可取h=110mm。取折流板間距b=0.3D，則B=0.3X400=120(mm)，可取B為150。折流板數(shù)=-1=-1=29(塊)折流板厚度取6mm.折流板圓缺面水平裝配。接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)牛奶流速為u=2.0m/s，則接管內(nèi)徑為d===26.8mm取標(biāo)準(zhǔn)管徑為30mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)冷鹽水流速u=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為d===66.7mm取標(biāo)準(zhǔn)管徑為70mm.熱量核算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)圓缺形折流板，可采用克恩公式:=0.36當(dāng)量直徑，由正三角形排列得4(—t2--d?)4( x0.0322—0.785x0.0252)d= =0.020me戒 3.14x0.025S'=BD[1-、]=0.15x0.4f1-^^卜0.0133(血)o"t) \ 0.032J殼程流通截面積S°=BD(1一牛)二0.15(1-0.025/0.032)=0.0131m殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為==0.0865m/s==840.175普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr===13.10/ )。14粘度校正—H1\"w>=0.36=0.36=1050.58昭5上)、管程對(duì)流傳熱系數(shù)6Z=O.O23xAx/?c^xPr04山管程流通截面積：=0.785=0.00534管程流體流速==0.981m/s1"、=12737.71普蘭特準(zhǔn)數(shù)：升―"&==11.51=0.023=3303.22W/()傳熱系數(shù)K吼”么以"蚓 ==562.1傳熱面積Ss=-^—KM,==19.2該換熱器的實(shí)際傳熱面積Sp卬=泌工(2—nJ=3.14(4.5-2=該換熱器的面積裕度：H===12.5五.其他輔助設(shè)備的選擇：管箱DN=1200mm,采用封頭管箱封頭DN=1200mm,采用圓形封頭換熱器形式：浮頭式換熱器工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱冷鹽水牛奶操作壓力MPa—0.7操作溫度，°C0\1060\10流量，kg/h188504200流體密度,kg/W999.81030流速，m/s0.9810.0865傳熱量，Kw219.917總傳熱系數(shù)，W/m2.k562.1污垢系數(shù)，血?C/W0.0001720.000172程數(shù)41推薦使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格425x2.5管數(shù)72管長(zhǎng)，mm4500管間距，mm32排列方式正三角形折流板形式上下折流板間距，mm150折流板切口高度，mm110殼體內(nèi)徑，mm400六離心泵的設(shè)計(jì)：①選一合適的離心管徑初選=18850kg/h===18.85/h取水經(jīng)濟(jì)流速 u=1.0m/s==0.00524所以=82mm由于82mm不是標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此確定=75mm經(jīng)計(jì)算符合經(jīng)濟(jì)流速范圍u==1.2m/s故確定=75mm,u=1.2m/s②壓頭在水槽液面及壓力表2處列伯努利方程，He=七+h=p+^z+竺+HPg ePg 2g f取=0.002,===2.54查圖得局部阻力：底閥1個(gè) &=8.5標(biāo)準(zhǔn)90彎頭3個(gè) 6=0.75x3球形閥1個(gè) 6=9.5入口突擴(kuò) 6 =1出口突縮 6 =0.5故Z6=8.5+0.75x3+9.5+1+0.5=21.75換熱器壓降△粉七=6274.3+3109.2=9383.5Pa=()+=(0?05)+=3?53m=++=+8++