食品工程原理课程设计说明书11111
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食品工程原理课程设计说明书
设计题目：板式加热器设计
设计者：班级 2012级食工（二）班
姓名学号20124061214
指导教师
设计成绩：日期
黑龙江八一农垦大学食品学院
一、设计题目
板式加热器设计
二、设计任务、操作条件及建厂地址
1、处理能力：见表1
2、设备型式：人字形板式换热器
3、操作条件：
（1）牛乳：入口温度、出口温度，见表1；
（2）加热介质：热水，入口温度、热水的流量见表1；（3）允许压降：不大于105Pa；
（4）每年按300天计，每天24小时连续运行。
4、建厂地址：自选。
（牛乳在定性温度下的物性数据为ρc=1030kg/m3,μc=0.00305Pa•s,c ph=3893.9J/kg，λc=0.548W/（m•K）。）表1牛乳处理量、入口、出口温度及热水入口、出口
温度等
试选择一台板式换热器，用89℃的热水将牛乳由4℃加热至
71℃。已知牛乳年流量为5万吨，热水流量为8.5 m 3/h ，牛乳侧与水侧的允许压强不大于105Pa 。牛乳在定性温度下的物性数据为
ρh =1030kg/m 3
,μc =0.00305Pa •s,c ph =3893.9J/kg ，λc =0.548W/（m •
K ）。
1.计算热负荷
Q=W h c ph (-1T 2T )=1.93×3893.9×(71-4)=5.03×10
5
(W)
2.计算平均温差
根据热量衡算计算水的出口温度： t 2=t 1+
pc
c c W Q
=89-
3
1018.436.2503000⨯⨯=38.01（℃）
逆流平均温差：
=
'∆m t 17
89401.38ln
17-89-4-01.38--）
（）（=50.65（℃） 水的定性温度： t m =
2
01
.3889+=63.505（℃） 查出定性温度下的物性数据： ρc =978
3
m
kg
μc =4.1×104-Pa·s pc c =4.17)(k ℃⋅kg j
c λ=0.665)m (℃⋅W
3.初估算热面积及初选版型
粘度大于1×10Pa·s 的牛乳与水换热时，列管式换热器的K 值大约为115~470℃）（⋅2m W ，而板式换热器的传热系数为
列管式换热器的2~4倍，则可初估K 为1000℃）（⋅2m W 。
初估算换热器面积 S=1000
0.655503000
⨯=9.93)(2m
初选
试选组装形式为1030
1103⨯⨯。3×10为牛乳的流程，程数为3，
每程通道数为10；1×30为水的流程，程数为1，通道数为30；换热面积为10m 2
因所选板型为混流，采用列管式换热器的温差校正系数：
R=1
221t -t T T -=761.04
7101.3889=--
P=1
112t t -t -T =4
89471--=0.788
查单壳程温差校正系数图，得φt
∆=0.96
m t ∆=
φ
t
∆='∆m t 0.96×
50.65=48.624(℃)
初估算换热器面积
S=1000
624.481003.55
⨯⨯=10.35)(2m 4核算总传热系数1
α
流速u 1
=4
10
4.810103093
.1-⨯⨯⨯=0.223（s m ） 采用0.15m 2
人字形板式换热器，其间距mm 4=δ。
当量直径D e =2δ=2⨯4=8mm=0.008m
R 1
e =h
h
e u D μρ1
=3
10
05.31030
223.0008.0-⨯⨯⨯=602.5
P 1
r =
h
h
ph c λμ=
548
.01005.39.38933-⨯⨯=21.67 1α=0.18
14
.045
.01
8
.01
)(
Pr Re w
e
h
D μμλ
牛乳被加热后，取（
w
μμ）14
.0=0.95
1α=0.1895.067.219.480008
.0548
.045.08.0⨯⨯⨯⨯
=6534 2）水侧的对流传热系数2
α 流速u 2
=
4
-104.83097836
.2⨯⨯⨯=0.096（s m ）
R 2
e =c
c
2
μρu
D e
=4
-1008.4978096.0008.0⨯⨯⨯=1841
Pr 2
=
c
c
c λμp c =
665
.01008.41017.44-3⨯⨯⨯=2.56
2α=0.18
14
.043
.02
7
.02
c
)(
Pr Re w
e
D μμλ 水被冷却，取（
w
μμ）14
.0=1.05
2α=0.18⨯05.156.21841008
.0665
.045.08.0⨯⨯⨯⨯
=4542 3）金属板的热阻
w
b
λ
板材为不锈钢（1Cr18Ni9Ti ），其热导系数
w λ=16.8℃）
（∙2m W ，板厚b=0.8mm ，则:
w b
λ=8.16108.03
-⨯=0.0000476()W
C ︒∙2
m
4)污垢热阻
牛乳侧 R 1=0.000052()W
C ︒∙2
m