【正文】 備計(jì)算及 設(shè)計(jì) 一、傳熱面積的估算 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水的流量 按照設(shè)計(jì)任務(wù)， 液化液處理量： 100000 噸 /年 ＋ 班號(hào) 10000 噸 /年 ＋ 學(xué)號(hào) 100噸 /年，而本人學(xué)號(hào)為 11號(hào)，故設(shè)計(jì)的處理量為 ： 年噸 /1 1 1 1 0 01 0 0111 0 0 0 011 0 0 0 0 0 ??????W 而年開(kāi)工時(shí)間為 8000 小時(shí)，所以實(shí)際 設(shè)計(jì)的處理量為 ： hkgh kg /138888000 10111100 W 3h ??? 熱負(fù)荷量 WTTCWQ phh 2430403600 )6095()( 321 ???????? 所需冷卻水的流量： hkgttc Qw pcc /26202)3442( 3600243040)( 312 ＝??? ???? 平均傳熱溫差 先按逆流來(lái)計(jì)算，由逆流時(shí)的平均溫差公式： Ctttttm ?34604295ln)3460()4295(ln1212 ??????????????? 而 P= 3495 811 12 ????? tT tt 根據(jù) 0S 選用換熱器型號(hào) 選取一合適 K 計(jì)算實(shí)際的sosiic RRK , 0 ?? mcc tKQA ??需 由傳熱任務(wù)確定換熱器型式、流程并計(jì)算 Q、mt? 確定傳熱面積 20 mtKQS ?? 面積裕度需需實(shí)ccp A AAH ?? 15~20% 選用結(jié)果 計(jì)算管、殼程壓強(qiáng)降 否 是 N Y K 不符 K 符 10 R= 3442 609512 21 ?????? tt TT 按單殼程結(jié)構(gòu)，查溫度校正系數(shù)表得溫度校正系數(shù)： ??t? 故平均傳熱溫差： Ctt mtm ?3 6 .7 63 7 .90 .9 7 ??????? ?? 估算傳熱面積 根據(jù)兩流體的情況，假設(shè) K=310W/(㎡ k)。 ②兩流體溫的變化情況：液化液（熱流體）進(jìn)口溫度 95℃ 出口溫度 60℃；冷流體進(jìn)口溫度 34℃，出口 溫度為 42℃，該換熱器用冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用最為廣泛使用的浮頭式換熱器。 e) 流量小而粘度大（ ）的流體一般以殼程為宜，因在殼程 Re100 即可達(dá)到湍流。 2．設(shè)計(jì)方案的確定 （ 1）、選擇換熱器的類型 淀粉漿 涉及冷卻換熱器的設(shè)計(jì) C0105 C095 600C 8 ① 在換熱器中，哪 一種流體流經(jīng)管程，哪一種流經(jīng)殼程，下列幾點(diǎn)可作為選擇的一般原則： a) 不潔凈或易結(jié)垢的液體宜在管程，因管內(nèi)清洗方便。無(wú)論是在能源、宇航、化工、動(dòng)力、冶金、機(jī)械、建筑等工業(yè)，還是在農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等其他部門(mén)中都涉及到許多有關(guān)傳熱問(wèn)題。其結(jié)構(gòu)如 圖 13 所示： 圖 11 固定管板式換熱器 圖 13 浮頭式換熱器 圖 12 U 型管換熱器 7 第二章 工藝流程及設(shè)計(jì)方案 一、設(shè)計(jì)相關(guān)工藝流程 工業(yè)上采用的雙酶法一水α 口服葡萄糖液化常用以下工藝流程圖來(lái)進(jìn)行大批生產(chǎn)，該過(guò)程主要是將處理好的淀粉漿先通過(guò)離心泵輸送到液化罐液化，經(jīng)過(guò)了五個(gè)液化罐工序，得到了 1050C 的液化 液。此種換 熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn) 單，但管程不易清洗。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過(guò) 50℃ 時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱為多殼程。等 邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體 。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用最廣的類型。近年來(lái)盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn) ,但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點(diǎn) ,管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱 器 ,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國(guó)對(duì)某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。通常在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的 10％ —— 20%；在煉油廠中，換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的 35％ —— 40％。 3 茂 名 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 課程名稱： 食品工程原理課程設(shè)計(jì) 題 目： 雙酶法一水 α 口服葡萄糖液化液冷卻換熱器設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 黎冬平 學(xué) 號(hào)： 07114050111 班 別： 食品 071 班 專 業(yè)： 食品科學(xué)與工程 指導(dǎo)教師： 李 春 海（副教授） 日 期： 2020 年 1 月 4 日 4 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 內(nèi) 容 目 錄 第一章 緒論 (課程設(shè)計(jì)的目的、意義、綜述 )?????? 4 第二章 工藝流程及設(shè)計(jì)方案（確定設(shè)計(jì)方案）????? 6 第三章 設(shè)備計(jì)算及 設(shè)計(jì) ?????????????? 8 第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 ????????????? 15 第五章 設(shè)計(jì)說(shuō)明及討論 ????????????? 16 第六章 參考文獻(xiàn) ???????????????? 17 第七章 結(jié)束語(yǔ) ?????????????????? 18 附錄：設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（盡量使用 AutoCAD） ?????? 19 5 第一章 緒論 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。 （ 2）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)書(shū)寫(xiě)符合規(guī)范 ,圖表書(shū)寫(xiě)符合標(biāo)準(zhǔn)。 （ 3） 性質(zhì)數(shù)據(jù)： 液化液密度 1076kg/m比熱容 (kg.℃ )、 粘度 、導(dǎo)熱系數(shù) (m.℃ )； 34℃時(shí)循環(huán)水 密度 ㎏ /m 定壓比熱容(kg.℃ )、 導(dǎo)熱系數(shù) (m.℃ )、 粘度 。 條件 （ 1）液化液進(jìn)口溫度 95℃（經(jīng)自然冷卻），出口溫度 60℃； （ 2）采取循環(huán)水冷卻，循環(huán)水進(jìn)出口溫度 34℃和 42℃； （ 3） 換熱器的管程和殼程壓強(qiáng)降不大于 30Kpa； （ 4） 假設(shè)管壁熱阻和熱損失可以忽略。 （ 3）說(shuō)明書(shū)語(yǔ)句通順，層次分明，文字簡(jiǎn)練，說(shuō)明透徹。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。所以換熱器自身性能的優(yōu)劣及在運(yùn)行中性能是否充分得以發(fā) 揮，不僅直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，而且對(duì)能源的高效利用性及節(jié)能也起著至關(guān)重要的作用。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求： 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； 結(jié)構(gòu)安全可靠； 便于制造、安裝、操作和維修； 經(jīng)濟(jì)上合理。 本設(shè)計(jì)要用到的 熱交換器 是 固定管板 式換熱器 ，它是 管殼式換熱器 最為廣泛使用的。 現(xiàn)簡(jiǎn)述一下 管殼式換熱器 的結(jié)構(gòu)和類型。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。 流體每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式 換熱器可分為以下幾種主要類型： ① 固定管板式換熱器 管束兩端的管 板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,但只適用于 冷熱流體溫度差不大 ,且殼程不需機(jī)械清洗 時(shí)的換熱操作。 其結(jié)構(gòu)如 圖 12 所示： ③ 浮頭式換熱器 浮頭式換 熱器的特點(diǎn)是有 一端管板不與外殼連為一體，可以沿軸向 自由浮動(dòng)。然后通過(guò)蒸汽分離器后輸入另一液化罐，再次用離心泵將已冷卻為 900C 的液化液通過(guò)換熱器冷卻為 600C，以達(dá)到糖化所需要溫度，達(dá)到了生產(chǎn)目的。所以，換熱器的設(shè)計(jì) 與選型是工程上一大重點(diǎn)問(wèn)題。 b) 腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時(shí)受到腐蝕。但這不是絕對(duì)的，如流動(dòng)阻力損失允許，將這類流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，亦可得到較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 （ 2）、管程安排確定 由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，水適合走管程；并且待冷卻的液化液流體黏度比較大，適合走殼程。 故估算的傳熱面積為： 20 mtK QS m ????? 二、交換器結(jié)構(gòu)尺寸選擇 1．確定殼程 數(shù) 由以上的計(jì)算表明，由于平均傳熱溫差校正系數(shù) ???t? 并且殼程流體流量比較大，故取單殼程合適。根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ，在選擇換熱器管程流速時(shí)，一般的液體是 ~3 m/s,對(duì)于容易結(jié)垢的液體則 m/s，故可取管程流速 smui /? 。故根據(jù)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可取傳熱管長(zhǎng) ml 6? 。所以選用正方形的排列，如右圖 15 所示： 取管心距 t=，則 t= 25=32 ㎜ 隔板中心 到離其最近一排管中心距離 可以按下式計(jì)算： S=t/2+6=32/2+6=22 ㎜ 故各程相鄰管的管心距為 44 ㎜。故可取為 20%，則切去的圓缺高度為： h= 400=80mm 取折流板間距 B=， 則 B= 400=120 mm 折流板數(shù)目 NB= 塊94112060001 ????Bl 7．接管的選取 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液化液流速為 u1=，則接管內(nèi)徑為 07 56 (m ). 1076)3600/(1388844VD 1 ?? ???? ?? 圓整后可取管內(nèi)徑為 76mm。而該設(shè)計(jì)算得傳熱面積裕度的結(jié)果為 %滿足此要求，所以設(shè)計(jì)的換熱器較為合適，能夠完成生產(chǎn)任務(wù)，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。 k 傳熱管平均壁溫 6 914 8 0 21 6 9/384 8 0 2/ ????wt℃ 殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即 T=℃。 第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 為了其方面，現(xiàn)將 設(shè)計(jì)結(jié)果匯入總表中。 (3) 計(jì)算管、殼程壓降，如不在合理范圍內(nèi)，應(yīng)調(diào)整管程數(shù)、 (重復(fù)步驟 2) (4)計(jì)算流體在所選換熱器中管程及殼程的給熱系數(shù) ， 。若所選換熱器提供的實(shí)際傳熱面積為 實(shí)pA 。即 換熱器的管程和殼程壓強(qiáng)降不大于 30Kpa， 總傳熱系數(shù) K與假設(shè) K0必須滿足 K/K0=—— 之間，而 換熱器的面積裕度大于 15%~20%，這是 都是考慮到生產(chǎn)安全的問(wèn)題，如果不設(shè)計(jì)好，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中可能會(huì)帶來(lái)一定的危險(xiǎn)性。 通常，進(jìn)行換熱器的選擇和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足傳熱要求的前提下，再考慮其他各項(xiàng)的問(wèn)題?？傊O(shè)計(jì)者應(yīng)綜合分析考慮上述因素，給予細(xì)心的判斷，以便作出一個(gè)適宜的設(shè)計(jì)。 熱交換器原理與設(shè)計(jì) /史美中主編－ 2 版－南京東南大學(xué)出版社 2020 年 8 月 第七章 結(jié)束語(yǔ) 19 21世紀(jì)是 能源短缺的世紀(jì)，傳熱技術(shù)的發(fā)展引人注目。它要求我們要理論聯(lián)系實(shí)際、靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)才能解決實(shí)際問(wèn)題，它能使我們達(dá)到增強(qiáng)實(shí)踐與創(chuàng)新能力的目的。我覺(jué)得通過(guò)設(shè)計(jì)，可以鍛煉自己的設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，這也對(duì)以后從事工作中有一定的幫助。對(duì)于存在的不足之處，謝謝老師能給予指正。 確立獨(dú)立生活意識(shí)；虛心求教、細(xì)心體察；大膽實(shí)踐、不斷積累生活經(jīng)驗(yàn)。 （ 4）培養(yǎng)優(yōu)良學(xué)風(fēng)。 成為德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義事業(yè)的建設(shè)者和接班人，是歷史發(fā)展對(duì)大學(xué)生的必然要求，是黨和人民的殷切期望，也是大學(xué)生需要確立的成才目標(biāo)。當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)努力成長(zhǎng)為主動(dòng)發(fā)展、健康發(fā)展、和諧發(fā)展的一代新人。當(dāng)代大學(xué)生只有自覺(jué)學(xué)習(xí)和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值體系，才能健康的成長(zhǎng)為有理想、有道德、有文化、有紀(jì)律的社會(huì)主義 “ 四有 ” 新人。 “ 思想道德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ) ” 課的意義和方法。 理想信念對(duì)人生歷程起著導(dǎo)向的作用，指引人生的奮斗目標(biāo)；理想信念提供人生的前進(jìn)動(dòng)力，激勵(lì)人們向著既定目標(biāo)奮斗前進(jìn)；理想信念提高人生的精神境界，它一方面使 人的精神生活的各個(gè)方面統(tǒng)一起來(lái)，另一方面又引導(dǎo)著人們不斷地追求更高的人生目標(biāo)。大學(xué)時(shí)期確立的理想信念，對(duì)今后的人生之路將產(chǎn)生重大影響，甚至