食品工程原理课程设计指导书

食品工程原理课程设计指导书一、概述1、目的学会设计的步骤和方法，查阅资料，使用手册搜索公式和数据。

2、任务和时间（1）见任务书。

（附页）（2）时间为避免制图室使用冲突，时间协商。

3、步骤（1）查阅资料，拟定设计方案，进行工艺计算和结构设计。

（2）绘图。

（3）编制说明书。

4、作业档案袋+说明书+图纸。

二、说明书的内容和要求（一）内容1、封皮（见附页）2、目录：主要项目（见附页）3、设计说明（1）设备作用；（2）工艺流程示意图；（3）选用该设备的理由、依据和优缺点；（4）设备的放置型式，进出物料口；（5）设备的结构特点；（6）特殊问题处理。

4、工艺计算包括：热负荷、冷却水用量、传热面积、管子（尺寸、数目、排列方式）、传热系数和传热面积的校核。

5、设备结构的设计包括：壳体的直径、长度和厚度；管板尺寸、厚度和结构；封头、法兰、接管、接管箱的结构、尺寸和材料。

6、设计结果汇总（1）工艺计算：主要结果；（2）结构设计：管板、法兰、接管箱和封头等主要尺寸。

7、对设计的评价写出本次设计的特点、创新及不足之处。

8、参考文献以便审阅者查对。

（二）要求1、公式和数据应注明来源；2、设备及附件尽量标准化；3、主要部件应在说明书上画图表示；4、说明书上应详细列出计算过程。

三、设计图纸1、1号图纸包括主视图、侧视图、节点放大图，技术特性表、管口表，技术要求，明细表。

2、技术要求（1）装配的技术要求；（2）管板的技术要求；（3）折流板、支承板的技术要求。

3、管口表包括冷却水进出口、蒸汽进口、冷凝水出口、不凝气排出口五个接管口的规格及用途。

4、技术特性表包括工作压力、工作温度、物料名称和传热面积。

四、设计方案的确定1、确定换热器的型式2、流体流动的空间及方向3、流速的选择4、确定冷却水出口温度五、工艺计算根据任务书给出的原始数据进行计算。

化工工艺计算一、一些基本设计数据的确定此次设计的物料为：管程：清洁河水 壳程：饱和水蒸气 根据要求，设计原始数据如下：1.蒸汽处理量h W2.真空度3.当地大气压：760mmHg4.绝对压强P 绝 =大气压强-真空度 [1] 二、传热面积的初定在稳定传热过程中，总传热系数随K 温度变化 不大时，根据总传热速率方程：tK Q S m∆=0有效[2]式中：S———换热管外表面积 ，m 2； Q有效———传热速率（热负荷），W ；K———基于管外表面积的总传热系速，W /(m 2·℃)；mt ∆———平均温度差，℃。

所以，需要确定三个未知量，现计算如下：(1)此公式：绝对压强=大气压-真空度。

(2)此公式见课本126[注]此处数据为任务参数1.Q有效根据要求，%5=Q损，%Q Q95⨯=有效[1]。

根据绝由于绝压在上表两温度下对应压强之间，所以，采用 内插法[3]，计算该绝压下的温度和汽化热。

62284293.10.79721.8210h W J sQγ=⋅=⨯=⨯⋅s J %Q Q⋅⨯⨯=⨯=95.01082.1956有效s J ⋅⨯=61073.12.假设一个K[4]（推荐范围：1000~2000） 3. m t ∆的计算 根据2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ [5] 将三个所求量带入tK QS m∆=有效三、列管尺寸的确定 １、管长列管式换热器设计中，换热管长度的确定，既与换热 器工艺计算和设备有关，还涉及如何合理使用管子材料的 问题。

所以，管长的选择应尽量采用我国现有管子材料的 长度规格，或根据所选的适宜管长进行合理地截用，避免 材料的浪费。

我国常用的管长标准有1500、2000、3000、(1)此公式为计算要求。

(2)见课本第841页。

(3)内插法计算公式（以温度举例，其他量计算方法与之相同）：设ｔ℃所求量为ｘ，t1℃所对应的量为A,t2℃所对应的量为Ｂ，则它们满足：xB A x t t t t --=--21(4)见设计书第11页表3(5)见课本第132页公式（２－77）4500、6000、9000mm 等。

本设计管子的长度：3000mm ２、管径当采用小直径的管子时，换热器单位体积传热面积较 大，设备较为紧凑，单位传热面积的金属耗用量较小，管 程流体的对流传热系数也较高，但制造，加工较麻烦，且 容易结垢，不易清洗，因此小直径一般用于清洁流体，而 大直径的管子常用于粘性大或污垢的流体。

我国列管式换 热器标准中采用的无缝碳钢管的规格有：Φ19×2；Φ25×2.5；Φ38×2.5；Φ57×2.5(~3.5)mm 等 ３、管材一般中、低压列管式换热器的列管常用含碳量低于 0.25%的优质碳钢的无缝钢管，其钢号常以20为多，这种 钢强度虽低些，但塑性好，焊接性能好。

４、管心距t管板上两管子中心的距离称为管间距，用t 表示。

如图：管心距的选择要注意满足：t=(1.3~1.5) d 0，且t ≥( d 0 +6)mm ５、'b 的选择'b 为管束最外层管子中心距壳体内表面距离。

其选 择要满足： 'b =（1.0~1.5）d 0 ，且'b ≥( 0.5d 0 +10)mm 四、管程数的确定1、根据平均温度查相关物理性质常数25221=+=t t t 平℃ 查阅“水的物理性质”表格[1]， 采用内插法，计算相关物理常数：c p C , O H 2ρ λ μ Pr2、计算OH W2因为)(12,2t t C W Q c p O H -⋅=有效 [2]，所以(1)见课本843页(2)见课本第225页公式（4－3a ）钢管的导热系数为45W/m.K （见化工原理书283页）)(12,2t t C Q W c p O H -=有效３、有效长度的计算管板厚伸长量有效⨯-⨯-=22L L [1]４、初算管子数有效初初L d S n ⋅=00π５、计算单个管子的流速 根据初单n d W u iO H OH i ⋅⋅⋅=2422πρ初单n d W u i O H OH i ⋅⋅⋅=2422πρ６、设定iu （流速）（一般取１～３m/s ）计算管程m⎪⎩⎪⎨⎧>>≤==四管程双管程单管程单 2 1 1i i u u m推荐选用单管程 根据此流速估算di初n u m W d O H i O H i ⨯⨯⨯⨯⨯=2214.34ρ此结果与选用di 比较。

７、壳程本次设计采用单壳程。

五、壳体内径（i D ）的设计 [2](1)参考设计书22页，设计规定数值伸长量取0.005m, 管板厚取0.025m(2)见课本第171页参考课本168页，表2-13和表2-14将i D 圆整[1]因为本次设计的是卧式换热器，所以要求10~6=iDL[2] 六、确定准确管子数 [3]根据前面的计算数据，本次设计采用单管程，管子 之间按正三角形排列。

真实流速： 程真n d W u i O H OH ⋅⋅=2422πρ七、校核K１、根据Ts 下的温度查相关物理性质常数查“水的物理性质”[4]表格，用内插法计算所需要的相 关物理性质参数：μ λ ρ2、查污垢热阻查“水的污垢热阻”数据表格[5]，得到：siRsoR3、计算mn75.075.0275.0121......zzm n n n n n n n ++++++= [6] ４、核对相关条件4.08.0Pr Re 023.0ii d λα=5、通过试差法求α先假设一个与Ts 相近的温度Tw,(3)买坐标纸（50*75厘米）(4)见课本第841页(5)见设计书第19页表格8(6)见设计书第 20页公式24(1)见课本第172页 表2-16。

(2)见设计书第16页41032320)(725.0td n gm∆⋅⋅⨯=μγλρα[1]计算 'w w T T -[2]将上面的值代入下式中：[3]假设假设0'00'0K K K K >在1.1~1.25范围内，符合要求。

[4] 八、校核Somt K Q S ∆⋅='00有效计算有效准设备L d n S ⋅⋅⋅=00π计算设备00S S 此数值符合比值介于1.1~1.25之间的要求。

[5]至此，工艺计算部分完毕。

(1)参考课本109页公式2-37(2) 'w w T T -小于1℃满足要求 (3)见课本第127 页公式2-73(4)若K 计=（1.1-1.25）K 选，满足。

(5)若S 计=（1.1-1.25）S 选，满足。

五、作业1、设计说明书2、设计图纸六、主要参考资料①《化学工程手册》编辑委员会，化学工程手册(2～5卷)，化学工业出版社；②《化工设备机械基础》编写组编．化工设备机械基础(第3册)，1978；③姚玉英主编，《化工原理》（新版）(上、下册)，天津大学出版社.2003，7④杨同舟．《食品工程原理》，中国农业出版社，2001，3；⑤蒋维钧，戴献元等．化工原理(上、下)，清华大学出版社，1998；⑥谭天恩，麦本熙等．化工原理(上、下)，化学工业出版社，1990，6。

七、课后记食品工程原理课程设计任务书1.设计题目蒸汽冷凝器2.设计原始数据(1)二次蒸汽蒸汽处理量：3500kg/h 3000kg/h 2500kg/h冷凝水排出温度：？℃（冷凝温度下的饱和水）压强（真空度）：300 mmHg 250 mmHg 200 mmHg(2)冷却水进口温度：20℃出口温度：？（自己设定）(3)当地大气压：760 mmHg(4)换热器热损失：5%3.设计任务（1）设计计算列管式换热器的热负荷、传热面积、换热管、壳体、管板、封头、管程和壳程的结构及接管等。

（2）绘制列管式换热器的装配图。

（3）编写列管式换热器的设计说明书。

4.设计时间年月日~ 年月日设计学生指导教师食品工程原理课程设计说明书蒸汽冷凝器（列管式换热器）系别：专业：班级：姓名：学号：指导老师:目录食品工程原理课程设计任务书 ..................................... 食品工程原理课程设计说明........................................一、换热器在生产中的应用........................................二、工艺流程示意图..............................................三、选用该设备的理由、依据和优缺点..............................四、设计中遇到的特殊问题及解决方法.............................. 化工工艺计算......................................................一、一些基本设计数据的确定......................................二、传热面积的初定..............................................三、列管尺寸的确定..............................................四、管程数的确定................................................D）的设计........................................五、壳体内径（i六、确定准确管子数..............................................K .....................................................七、校核八、校核So ...................................................... 设备结构设计......................................................一、壳体的设计..................................................二、管板........................................................三、管子在管板上的固定..........................................四、管板与壳体的连接结构........................................五、封头与管箱..................................................六、法兰........................................................七、管程的接管..................................................八、温度补偿....................................................九、接管法兰和法兰盖............................................ 设计结果汇集......................................................一、工艺计算的主要结果..........................................二、结构设计的主要尺寸及结果.................................... 对设计的评论...................................................... 参考文献 .......................................................................................................................................。