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牛奶加工过程中水冷却牛奶过程的设计 设计题目： 流体输送热量交换固液分离气体吸收精馏 成员名单 要求： 要求：（1）热量衡算（热流体、冷流体）（2）换热流程设计（管内、管外）（3）计算所需传热面积，根据计算结果选择合适的换热器，并列出其主要参数：管径、根数、管长、换热面积、管程数、壳程数。流体输送部分的设计内容（4）物料衡算（通过该部分的质量流量、体积流量、平均流速等）（5）根据物料衡算，选择适宜的输送设备；给出具体型号及参数； 四、管程： 纯牛奶 100℃——→30℃ 壳程： 水 35℃←——— 20℃ T =（100+30）/2=65℃ t =(35+20）/2=27.5℃ 五、 试算和初选换热器的规格 1、计算热负荷和冷却水流量 热负荷量： Q=WcCp(T1-T2) =60000×3.970×（100-30） KJ／ h）=4631666.67(W) 冷却水W2=Q/Cp(t2-t1)4.179(35-20) =265997（Kg/h） 2、计算两流体的平均温度差(暂按单壳程、多管程进行计算) △tm1=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=29.38℃ EA=(t2-t1)/(T1-t1)=(35-20)/(100-20)=0.1875 RA=(T1-t2)/(t2-t1)=(100-35)/(35-20) =4.33 查表温差校正系数表ψ=0.85对数平均温差校正系数 所以： △tm=△tm1· ψ=29.30×0,85=24.97℃ 设 k1=460W／ ㎡· ℃ A4=Q/kΔtm=4631666.67÷（ 460×24.97） =403.24(㎡) 根据换热器的换热面积选定换热器， 有关参数见表 可得实际传热面积： A1=nπdL=1120×3.14×0.019×6=400.92(㎡) 六、 1、管程的给热系数 根据所选换热器可知管程流通面积： A1=0.0329(㎡) 管内纯牛奶的流速：u1=W1/(3600ρA1)=60000/(3600× 1030×0.0329)=0.4918（m/s) 因为：0.4m/s＜0.4918m/s＜3m/s， 所以管程中纯牛奶的流速符合要求 雷诺数： Re1=u1ρd1/μ1==5066.57 Pr=μ1Cp1/λ1 =10.27因为 2300＜5066.57＜10000 且纯牛奶是被冷却， 所以 n=0.3 则:α1=1433.71（W/(㎡·℃)） 2、壳程的给热系数 折流挡板间距： h=200mm 壳程流通面积：A2=(Dn-ncd0)h=(1.1-24×0.019)×0.2 =0.1288 壳程内水流速： u2=W2/(3600ρA2)=0.5754（m/s） 0.4m/s＜0.5754m/s＜1.5m/s所以壳程中冷却水的流速符合要求 管心距:t=Dn/(1+Nc)=1.1/(24+1)=44（ mm） 管子成正方形形排列： de=0.1108(mm) 雷诺数： Re2=u2ρde/μ2=0.5754×996.9×0,1108/0.0008949=71020.99 Pr2=μ2Cp2/λ2=0.0008949×4.179×1000/0.6078=6.15 ψ u =(u0/uw)^ 0.14=1.05 α2 =1722.14（W/(㎡·℃)） 3、 污垢热阻 查污垢热阻表 R1=0.000172W/(㎡·℃) R2=0.000172W／(㎡·℃) 4、计算总传热系数 K 总热阻(以外表面为基准) ： 1/K=1/α2+R2+bd0/λdm+R1d0/di+a1d0/di 代入数据可得 K=532.46(W/㎡· ℃) 5、传热面积裕度 所需传热面积： A=Q/KΔtm =4631666.67/(532.46×24.97)=348.36（ ㎡） 裕度(A1-A)/A =15.09％ 故可用 6、管程的壁温核算 Q=α1A1(T0-Tw) α1=1433.71 A1= 3316.51（㎡） T0= (T1+T2)/2=65℃ TW=T0-Q/α1A1==54.79℃ 通过查表可得： 牛奶在 65℃下的黏度μ 0=0.001500 牛奶在 54.79℃下的黏度μ w=0.002064