华中农业大学HUAZHONG AGRICULTURAL UNIVERSITY
题目：食品工程原理课程设计
班级：食工1002班
姓名：张国秀
学号： 2010309200212
日期：
指导老师：
列管式换热器设计任务书
一、设计题目：列管式换热器的设计
二、设计任务及操作条件
1、处理能力：6000㎏/h
2、设备形式：列管式换热器
3、操作条件
①油：进口温度140℃，出口温度40℃；
②冷却介质：循环水，进口温度30℃，出口温度40℃；
③允许压强降：不超过107 Pa；
4、确定物性数据：
定性温度:可取流体进出口温度的平均值。
壳程油品的定性温度T=（140+40）/2=90℃
管程循环水的定性温度t=(30+40)/2=35℃
根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据：油在90℃时密度ρ0=825㎏/m3
比热容Cp0 =2.22 kJ/(㎏·℃)
黏度μ0=0.000715Pa·s
导热系数λ0=0.140 W/(m·℃) 水在35℃时密度ρi=994㎏/m3
比热容Cp i=4.08 kJ/(㎏·℃)
黏度μi=0.000725Pa·s
导热系数λi=0.626W/(m·℃)
5、每年按330天计算，每天24小时连续运行。
目录
第一节概述及设计方案简介 (5)
1 概述 (5)
1.1 换热器 (5)
1.2换热器的选择 (5)
1.3 流动空间的选择 (7)
1.4 流速的确定 (7)
1.5 材质的选择 (7)
1.6 管程结构 (8)
1.7 壳程结构 (9)
1.8 壳程接管 (10)
2 设计方案 (10)
3 主要符号参考说明 (11)
第二节工艺计算及主体设备设计计算 (12)
2.1 计算传热系数 (12)
2.1.1 计算管程对流传热系数 (12)
2.1.2 计算壳程对流传热系数 (12)
2.1.3 计算总传热系数 (12)
2.2 计算传热面积 (13)
2.3 工艺结构尺寸的计算 (14)
2.3.1管径和管内流速 (14)
2.3.2管程数和传热管数 (14)
2.3.3平均传热温差校正及壳数 (14)
2.3.4传热管排列和分程方法 (14)
2.3.5壳体内径及折流板 (14)
2.4 换热器核算 (15)
2.4.1热量核算 (15)
2.4.2 换热器内流体流动阻力 (16)
第三节换热器主要结构尺寸和计算结果 (18)
3.1 主要结构尺寸和计算结果 (18)
3.2设计感想 (18)
3.3参考文献 (19)
第一节概述及设计方案简介
1. 概述
1.1 换热器
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。
在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与上述情形并无本质上的差别。
在食品、化工、石油、动力、制冷等行业中广泛使用各种换热器，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一些化工单元操作的重要附属设备，因此在化工生产中占有重要地位。在化工厂，换热器的费用约占总费用的
10%~20%，在炼油厂约占总费用的35%~40%，随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强，换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。
换热器按用途可分为加热器、冷却器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。
换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式，其中间壁式换热器应用最广泛。
按照传热面的形状和结构特点又可分为管壳式换热器、板面式换热器和扩展表面式换热器（板翘式、管翘式等）。
1.2 换热器的选择
列管式换热器的应用已有很悠久的历史，现在，它被当作一种传统的标准换
热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在石油、化工、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和金属耗量等方面不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐用、适应性强、制造材料广泛等独特的优点，因而在换热设备中仍处于主导地位。
同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量应用于工业中。
列管换热器主要特点：
(1) 耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于无机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，几乎直到100℃都对其无破坏作用，对几乎所有溶剂在室温下均不溶解，一般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。
(2) 耐温性：聚丙烯塑料熔点为164-174℃，一般使用温度可达110-125℃。
(3) 无毒性：不结垢，不污染介质，也可用于食品工业。
(4) 重量轻：对设备安装维修极为方便。列管式换热器主要分为以下四种：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器。
1.2.1固定管板式换热器
结构特点：两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构的壳侧清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，会使管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。
适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。
1.2.2.浮头式换热器
结构特点：两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端则可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是当换热管与壳体间有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。缺点：结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。
适用于管壁间温差较大或易于腐蚀和易于结垢的场合。
1.2.3 U型管换热器
U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热
管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。
缺点：管内清洗困难；由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束内程管间距大，壳程易短路；内程管子损坏不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。
1.2.4.填料函式换热器
填料函式换热器的特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。
缺点：填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。
1.3 流动空间的选择
在管壳式换热器的计算中，首先需决定何种流体走管程，何种流体走壳程，这需遵循一些一般原则：
①应尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧的传热系数接近。
②在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷装置，应尽量减少其冷量损失。
③管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。
所以在具体设计时应综合考虑，决定哪一种流体走管程，哪一种流体走壳程。
1.4 流速的确定
换热器常用流速的范围
介质循环水新鲜水一般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体
流速
管程流速，m/s 1.0-2.0 0.8-1.5 0.5-3 >1.0 0.8-1.8 0.5-1.5 5-30
壳程流速，m/s 0.5-1.5 0.5-1.5 0.2-1.5 >0.5 0.4-1.0 0.3-0.8 2-15
不同黏度流体的最大流速
流体黏度（Pa·s）>1500 1500~500 500~100 100~35 35~1 <1
最大流速（m/s）0.16 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4
1.5 材质的选择
一般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。
1.5.1 碳钢
价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。如一般换热器用的普通无缝钢管，其常用的材料为10号和20号碳钢。
1.5.2 不锈钢
奥氏体系不锈钢以1Crl8Ni9Ti为代表，它是标准的18-8奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。
1.6 管程结构
介质流经传热管内的通道部分称为管程。
1.6.1换热管布置和排列问距
常用换热管规格有ф19×2 mm、ф25×2 mm、ф25×2.5 mm。
标准管子的长度常用的有1500mm，2000mm，3000mm，6000mm等。当选用其他尺寸的管长时，应根据管长的规格，合理裁用，避免材料的浪费。
换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列。
正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗；同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。
对于多管程换热器，常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。
1.6.2 管板
管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。
管板与管子的连接可胀接或焊接。
1.7 壳程结构
介质流经传热管外面的通道部分称为壳程。
壳程内的结构，主要由折流板、支承板、纵向隔板、旁路挡板及缓冲板等元件组成。由于各种换热器的工艺性能、使用的场合不同，壳程内对各种元件的设
置形式亦不同，以此来满足设计的要求。各元件在壳程的设置，按其不同的作用可分为两类：一类是为了壳侧介质对传热管最有效的流动，来提高换热设备的传热效果而设置的各种挡板，如折流板、纵向挡板。旁路挡板等；另一类是为了管束的安装及保护列管而设置的支承板、管束的导轨以及缓冲板等。
1.7.1 壳体
壳体是一个圆筒形的容器，壳壁上焊有接管，供壳程流体进人和排出之用。直径小于400mm的壳体通常用钢管制成，大于400mrn的可用钢板卷焊而成。壳体材料根据工作温度选择，有防腐要求时，大多考虑使用复合金属板。
介质在壳程的流动方式有多种型式，单壳程型式应用最为普遍。如壳侧传热膜系数远小于管侧，则可用纵向挡板分隔成双壳程型式。用两个换热器串联也可得到同样的效果。为降低壳程压降，可采用分流或错流等型式。
壳体内径D取决于传热管数N、排列方式和管心距a。计算式如下：
单管程 D = a(n-1)+(2~3)d0
式中t——管心距，mm；
d0——换热管外径，mm；
n c——横过管束中心线的管数，该值与管子排列方式有关。
正三角形排列：n c= 1.1 N
正方形排列：n c= 1.19 N
多管程D=1.05a N／η
式中N——排列管子数目；
η——管板利用率。
正角形排列：2管程η=0.7~0.85
>4管程η=0.6~0.8
正方形排列：2管程η=0.55~0.7
>4管程η=0.45~0.65
壳体内径D的计算值最终应圆整到标准值。
1.7.2 折流板
在壳程管束中，一般都装有横向折流板，用以引导流体横向流过管束，增加流体速度，以增强传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。折
流板的型式有圆缺型、环盘型和孔流型等。
圆缺形折流板又称弓形折流板，是常用的折流板，有水平圆缺和垂直圆缺两种。切缺率(切掉圆弧的高度与壳内径之比)通常为20％~50％。垂直圆缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有悬浮固体粒子流体用的水平热交换器等。垂直圆缺时，不凝气不能在折流板顶部积存，而在冷凝器中，排水也不能在折流板底部积存。弓形折流板有单弓形和双弓形，双弓形折流板多用于大直径的换热器中。
折流板的间隔，在允许的压力损失范围内希望尽可能小。一般推荐折流板间隔最小值为壳内径的1/5或者不小于50 mm，最大值决定于支持管所必要的最大间隔。
1.8 壳程接管
壳程流体进出口的设计直接影响换热器的传热效率和换热管的寿命。当加热蒸汽或高速流体流入壳程时，对换热管会造成很大的冲刷，所以常将壳程接管在入口处加以扩大，即将接管做成喇叭形，以起缓冲的作用；或者在换热器进口处设置挡板。
2. 设计方案简介
2.1 选择换热器的类型
两流体的温度变化情况是：热流体进口温度是140℃，出口温度是40℃；冷流体的进口温度是30℃，出口温度是40℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大。因此，初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。
2.2 流动空间及流速的确定
由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使水走管程，油品走壳程。选用φ25㎜×2.5㎜的管道，管内流速选取0.5m/s。
2.3确定物性数据
定性温度:可取流体进出口温度的平均值。
壳程油品的定性温度T=（140+40）/2=90℃
管程循环水的定性温度t=(30+40)/2=35℃
根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据：
油在90℃时密度ρ0=825㎏/m3
比热容Cp0 =2.22 kJ/(㎏·℃)
黏度μ0=0.000715Pa·s
导热系数λ0=0.140 W/(m·℃) 水在35℃时密度ρi=994㎏/m3
比热容Cp i=4.08 kJ/(㎏·℃)
黏度μi=0.000725Pa·s
导热系数λi=0.626W/(m·℃) 3 主要符号说明
T—热流体油品的定性温度℃
t—冷流体循环水的定性温度℃
ρ0—油的密度㎏/m3
Cp0—油的比热容kJ/(㎏·℃)
λ0—油的导热系数W/(m·℃)
μ0—油的粘度Pa·s
ρi—循环水的密度㎏/m3
Cp i—循环水的比热容kJ/(㎏·℃)
μi—循环水的粘度Pa·s
λi—循环水的导热系数W/(m·℃)
K—总传热系数W/(m3·℃)
Δt m—进行换热的两流体之间的平均温度差℃
q mi—冷却水用量kg/s
Re—雷诺准数
Pr—普兰特准数
αi—管程传热系数W/(m3·℃)
α0—壳程传热系数W/(m3·℃)
Rsi—循环水污垢热阻m2·℃/W
R so—油的污垢热阻m2·℃/W
λ—管壁的导热系数W/(m·℃)
n s—传热管数
L—传热管长度
Np—换热管管程数
N—换热管总根数
Ψ—温度校正系数
N c—横过管束中心线的管数
a—管心距mm
D—壳体内径mm
h—弓形折流板圆缺高度mm
B—折流板间距mm
N B—折流板数
d—接管内径mm
d i—当量直径mm
u s—壳程流体流速m/s
u i—管程流体流速m/s
S—传热面积m2
S p—换热器实际传热面积m2
H—换热器面积裕度
ΣΔP i—管程压降Pa
ΔP1管内摩擦压降Pa
ΔP2管程的回变压降Pa
Ni—壳程串联数
Fi—管程压降的污垢修正系数
ΣΔP0—壳程压降Pa
Δp1—流体流经管束的阻力
Δp2—流体流经折流板缺口的阻力
第二节工艺计算及主体设备设计计算1.计算传热系数
（1）热流量
Q0=m0C p0Δt o=6000×2.22×(140-40)=1.33×106kJ/h
(2)平均温差
热流体140—40
冷流体40—30
Δtˊm=(Δt1-Δt2)/㏑(Δt1/Δt2)=(100-10)/㏑(100/10)=39℃
(3)冷却水用量
q mi=Q0/C piΔt i=1.33×106/4.08×(40-30)=32353kg/h
(4)总传热系数
管程传热系数:
d i u iρi 0.02×0.5×994 C piμi 4.08×103×0.000725
Re= = =13670 ; Pr= = =4.72524 μi 0.000725 λi0.626
λi d i u iρi C piμi 0.626
αi=0.023×( )0.8×( )0.4 =0.023××(13670)0.8×(4.72524)0.4= 2731W(m·℃)
d iμi λi0.020
壳程传热系数:
假设壳程传热系数为α0=290 W(m·℃)
污垢热阻：R si=0.000344 m2·℃/W R so=0.000172 m2·℃/W
管壁的导热系数λ=45 W(m·℃)
1 1
K= =
d0 d0 b d0 1 0.025 0.0025×0.025 1 ＋R si ＋＋R so＋＋0.000344×＋0.000172＋αi d i d i λd m α0 2731×0.020 45×0.0225 290
=219.5 W(m·℃)
2.计算传热面积
Q 366.7×103
S＇= = =42.8 m2
kΔt m219.5×39
考虑15%的面积裕度：S=1.15×42.8=49.2 m2
3.工艺结构尺寸的计算
（1）管径和管内流速
选用φ25㎜×2.5㎜传热管，管内流速选取0.5m/s
（2）管程数和传热管数
依据传热管内径和流速确定单程传热管数
4V 4×32353/(994×3600)
n s= = ≈58(根)
πd i2u 3.14×0.022×0.5
按单程管计算，所需传热管长L=S/(πd0n s)=49.2/(3.14×0.025×58)=10.8m
若按但管程设计，传热管过长，所以宜采用多管程结构，现取管长l=6m,则该换热管程数为Np=L/l=10.8/6≈2(管程)
传热管总程数为N=58×2=116（根）
（3）平均传热温差校正及壳程数
平均传热温差校正系数：
P=(T1-T2)/(t1-t2)=(140-40)/(40-30)=10
R=(t1-t2)/(T1-t2)=(40-30)/(140-30)=0.091
按单壳程、双管程结构，温差校正系数应查有关图表，但R=10的点在图上难以
=0.82
读出，因而以1/R代替，PR代替P，查同一图线，可得ψ
Δt
所以平均传热温差Δt m=0.82×39=32℃
(4)传热管排列和分程方法
采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板采用正方形排列，取管心距a=1.25d0
a=1.25×25=31.25≈32㎜
横过管束中心线的管数n c= 1.19 N = 1.19 116=13（根）
（5）壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率η=0.7，则壳体内径为
D=1.05a N/η=1.05×32×116/0.7 =432.5mm
圆整可取D=450mm
(6）折流板
采用弓形折流板，取方形折流板圆缺高度为壳体内径的25 %，则切去的圆缺高度h=0.25×450=112.5mm ,故可取h=110mm
取折流板间距B=0.3D ,则B=0.3×450=135mm ,可取B=150mm
折流板数N B=（传热管数/折流板间距）－1=6000/150－1=39(块)
折流板圆缺面水平装配。
（7）接管
壳程流体进出口接管，取接管内油品流速u=1.0m/s
则接管内径为d= 4v/πu = 4×6000/(3600×825)/3.14×1.0 =0.05m/s
取标准管径为50mm
管程流体进出口接管，取接管内油品流速u=1.5m/s
则接管内径为d= 4v/πu = 4×32353/(3600×994)/3.14×1.5 =0.08m/s
4换热器核算
（1）热量核算
①壳程对流传热系数
对圆缺形折流板，可采用凯恩公式：
λ
α0=0.36( ) Re00.55Pr1/3(μ/μw)0.14
d e
当量直径，由正三角心排列得de=4( 3/2a2－π/4d02 )/πd0=4(3 /2a2－π/4d02 )/πd0=0.020m 壳程流通截面积
S0=BD(1-d0/a) d e=0.15×0.45×(1-0.025/0.032)×0.020=0.01476m2
壳程流体流速及Re分别为：
u0=V/S0=6000/(3600×825)/0.01476=0.0137m/s
Re0= d0u0ρ0/μ0 =(0.02×0.0137×825)/0.000715=316.1
Pr=C p0μ0/λ0=(2.22×103×715×10-6)/0.140=11.34
年度校正(μ/μw)0.14≈1
所以α0=0.36(λ/ d e) Re00.55Pr1/3(μ/μw)0.14=0.36×(0.14/0.02)×316.10.55×
11.341/3=476W(m·℃)
②管程对流传热系数
αi=0.023(λi/d i)Re0.8Pr0.4
管程流通截面积S i=0.0785×0.022×116/2=0.0182m2
管程内流速及Re分别为：
u i=V/S i=32353/(3600×994)/0.0182=0.497m/s
Re i= d i u iρi/μi=(0.02×0.497×994)/0.000725=13628
Pr=C piμi/λi=(4.08×103×725×10-6)/0.626=4.73
所以αi=0.023(λi/d i)Re0.8Pr0.4=0.023×(0.626/0.02)×136280.8×
4.730.4=2721W(m·℃)
③总传热系数K
1 1
K= =
d0 d0 b d0 1 0.025 0.0025×0.025 1 ＋R si ＋＋R so＋＋0.000344×＋0.000172＋αi d i d i λd m α0 2721×0.020 45×0.0225 476
=310.2 W(m·℃)
④总传热面积
S=Q/kΔt m=(366.7×103)/(310.2×32)=36.9m2
该换热器的实际传热面积为S p
S p=πd0lN=3.14×0.025×(6-0.06)×(116-13)=48.0m2
该及换热器的面积裕度为H=（S p-S）/S×100%=30.1%
由以上可以看出传热面积裕度合适，该换热器能完成生产任务。
（2）换热器内流体流动阻力
①管程流动阻力
ΣΔp i=(Δp1+Δp2)F t N s N p
N s=1
N p=2
F t=1.5
Δp1=λi(l/d)(ρu2/2)
Δp2=ζ(ρu2/2)
由Re=13628，传热管相对粗糙度ε=0.01/20=0.005
查莫狄图得，λi=0.037W(m·℃)
流速u i=0.497m/s
Δp1=λi(l/d)(ρu i2/2)=0.037×(6/0.02)×(994×0.4972/2)=1362.7Pa
Δp2=ζ(ρu i2/2)=3×(994×0.4972/2)=368.3Pa
所以ΣΔp i=(Δp1+Δp2)F t N s N p=（1362.7+368.3）×1×2×1.5=5193Pa<10KPa 由此可知，管内流动阻力在允许范围之内
②壳程流动阻力
ΣΔp0=(Δ＇p1+Δ＇p2)F t N s
N s=l
F t=l
流体流经管束的阻力Δ＇p1=Ff0n c(N B+1)ρu02/2
F=0.5
f0=5×3161-0.228=0.7926
n c=13
N B=39
u0=0.137
所以Δ＇p1=Ff0n c(N B+1)ρu02/2=1202 Pa
流体流经折流板缺口的阻力为
Δ＇p2=N B（3.5-2B/D）ρu02/2
B=0.15m
D=0.45m
所以Δ＇p2=N B（3.5-2B/D）ρu02/2=636.2 Pa
ΣΔp0=(Δ＇p1+Δ＇p2)F t N s=（1202+636.2）×1×1=1838.2 Pa<10 KPa 由此可知，壳程流动阻力在允许范围之内。
第三节换热器主要结构尺寸和计算结果
3.1 主要结构尺寸和计算结果
换热管形式：带膨胀节的固定管板式换热器
换热面积：48.0 m2
工艺参数
名称管程壳程
物料名称循环水油
操作压力0.4MPa 0.4MPa
操作温度30/40 40/140
流量32353kg/h 6000kg/h
流体密度994kg/m3825kg/m3
流速0.497m/s 0.137m/s
传热量366.7KW
总传热系数310.2W/(m3·℃)
对流传热系数2721 W/(m3·℃) 476W/(m3·℃)
污垢系数0.000344 m2·W/ ℃0.000172 m2·W/ ℃程数 2 1
推荐使用材料碳钢碳钢
管程规格φ25㎜×2.5㎜
管数116
管长6000mm
管心距32mm
排列方式正三角形
折流板形式上下
折流板间距150mm
壳体内径450mm
面积裕度30.1%
切口高度25%
3.2 设计感想
通过本次课程设计，使我对食品工程原理这门课程有了更深入的理解。食品工程原理是一门实践性较强的课程，为了学好这门课程，必须在掌握理论知识的同时，加强上机实践。一个人的力量是有限的，要想把课程设计做的更好，就要学会参考一定的资料，吸取别人的经验，让自己和别人的思想有机的结合起来，得出属于你自己的灵感。设计的过程需要有耐心，有些事情看起来很复杂，但问题需要一点一点去解决，分析问题，把问题一个一个划分，划分成小块以后就逐个去解决。再总体解决大的问题。这样做起来不仅有条理也使问题得到了轻松的解决。在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。生活生活生活生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。虽然这只是一次的极简单的课程制作，可是平心而论，也耗费了我不少的心血，这就让我不得不佩服开发技术的前辈，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次的课程设计我对于专业课的学习有了更加深刻的认识，以为现在学的知识用不上就加以怠慢，等到想用的时候却发现自己的学习原来是那么的不扎实。以后努力学好每门专业课，让自己拥有更多的知识，才能解决更多的问题！
3.3 参考文献
1.马江权，冷一欣.化工原理课程设计.北京：中国石化出版社，2009
2.申迎华，郝晓刚.化工原理课程设计.北京：化学工业出版社，2009.5
3.李芸,化工原理及设备课程设计.北京：化学工业出版社，2011.8
4.李功样等，常用化学单元设备设计.广州：华南理工大学出版社，2003
5.中华人民共和国国家标准GB151-89钢制管壳式换热器，国家技术监督局发布，1989
6.匡国柱，史良才.化工单元过程及设备课程设计.北京：工业出版社，200
7.10
7.钱颂文，换热器设计手册.北京：化学工业出版社，2002,8
8.于国宗，化工容器及设备.天津：天津大学出版社，1980
设计任务书 1、设计题目：年处理量为4400吨桃浆蒸发器装置的设计； 试设计一套三效并流加料的蒸发器装置，要求将固形物含量10%的桃浆溶液浓缩到42%，原料液沸点进料。第一效蒸发器的饱和蒸汽温度为103℃，冷凝器的绝对压强为20kPa。 2、操作条件： （1）桃浆固形物含量：入口含量10%，出口含量42%； （2）加热介质：温度为103℃的饱和蒸汽，各效的冷凝液均在饱和温度下排出，假设各效传热面积相等，并忽略热损失； （3）每年按330天计，每天24小时连续生产。 3、设计任务： （1）设计方案简介：对确定的工艺流程及蒸发器型式进行简要论述。 （2）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （3）蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 （4）蒸发器的主要结构尺寸设计。 （3）绘制蒸发装置的流程图，并编写设计说明书。
目录 设计任务书 (1) 第1章绪论 (3) 1.1蒸发技术概况 (3) 1.1.1蒸发 (3) 1.1.2发生条件 (3) 1.1.3蒸发的两个基本过程 (3) 1.1.4影响因素 (3) 1.1.5影响蒸发的主要因素 (4) 1.2蒸发设备 (4) 1.2.1蒸发器 (4) 1.2.2蒸发器分类 (4) 1.2.3蒸发器的特点 (5) 1.3蒸发操作的分类 (7) 1.4蒸发在工业生产中的应用 (8) 第2章设计方案 (9) 2.1蒸发器的选择 (9) 2.2蒸发流程的选择 (9) 2.3操作条件 (10) 第3章蒸发器的工艺计算 (11) 3.1估计各效蒸发量和完成液浓度 (11) 3.2估计各效溶液的沸点和有效总温度 (11) 3.3 加热蒸汽消耗量和各效蒸发器水量的初步计算 (13) 3.4蒸发器传热面积的估算 (14) 3.5有效温差的分配 (15) 3.6校正 (15) 3.7设计结果一览表 (17) 符号说明 (18) 参考文献 (20) 结束语 (21)
食工原理复习题及答案(不含计算题) 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_________.平均流速为______。 ***答案*** 0.0157m3.s-1 2.0m.s-1 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。 ***答案*** 2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。 ***答案*** 出口阀 4.（3分）题号2005 第2章知识点100 难度容易 某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________. ***答案*** 4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近____________的温度，而传热系数K值接近____________的对流传热系数。 ***答案*** 饱和水蒸汽；空气 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________. ***答案*** 间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称_______________。由于中央循环管的截面积_______。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的
______________，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的_______________循环。 ***答案*** 标准式，较大，要小，自然 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为_________,平均流速为_______。 ***答案*** 22kg.s-1 ; 2.8m.s-1 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。滞流沉降时，其阻力系数=____________. ***答案*** 粒子所受合力的代数和为零24/ Rep 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 11. 非结合水份是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快____________倍。 ***答案*** 201 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp
食品工程原理课程教学基本要求（征求意见稿） 一、本课程的地位、作用和任务 食品工程原理是食品科学与工程专业的一门主干课程和专业基础课程，具有较强的理论性，且与生产实际紧密相联系。学习本课程要求学生具备一定的物理学知识和物理化学知识。食品工程原理以食品加工单元操作为主要对象，研究食品物料在加工过程中的动量、能量、质量的传递与守恒关系。通过本课程的学习，掌握食品加工常见单元操作的基本原理与工艺计算，典型设备的设计计算。综合利用所学知识与食品工程生产实际相结合，着重培养分析与解决工程问题的方法和能力，为进一步学习食品领域的专业课程或从事食品工业生产及相关领域的工作打下扎实基础。 二、本课程的教学基本内容与要求 （一）理论教学部分 0. 绪论 （基本内容） 1）单元操作的基本概念；三种传递过程及其物理量的守恒 2）本课程的研究方法、学习要求 3）物理量的量纲与单位换算 （可选内容） 食品工程发展现状及趋势 1.流体流动 （基本内容） 1）流体静力学：流体的物理性质，流体静力学基本方程及其应用； 2）流体流动的守恒原理：流体流动的基本概念，质量守恒----连续性方程式，机械能守恒----伯努利方程式，动量守恒及其与机械能守恒之间的关系； 3）流体流动的内部结构：雷诺实验与流体流动类型，直圆管内流体的流速分布，流动边界层； 4）流体在管内的流动阻力：沿程阻力，局部阻力； 5）简单管路的计算 6）流量测量：测速管，孔板流量计，转子流量计； （可选内容） 非牛顿流体的流动阻力； 复杂管路(并联/分支)的计算； 2. 流体输送 （基本内容） 1）液体输送机械：离心泵；其他类型泵（容积泵、浓浆泵、磁力驱动泵）； 2）气体输送机械：离心式风机，鼓风机和压缩机，真空泵及真空管路； 3）流体输送设备的种类特点及选型
.. . .. . . 食品工程原理课程设计说明书 题目：日产量72吨浓缩橙汁的初步设计 年级：2014级 学院：农学院 专业：食品1404班 指导老师: 苑博华 成员：吴悠
目录 第一章前言 1.1 选题的意义 (4) 1.2 立题的意义 (4) 1.3厂址的选择 (4) 第二章设计方案简介 2.1 选题 (5) 2.2 设计拟定工作容 (5) 第三章工艺设计 3.1工艺流程图 (6) 3.2工艺操作要求 (7) 第四章设计计算 4.1 物料衡算 (8) 4.1.1 各流程物料衡算 (8) 4.1.2 调配衡算 (9) 4.1.3 设备选型 (10) 4.2 管路设计计算及泵的选型 4.2.1选管 (11) 4.2.2选泵 (11) 第五章设计评述 (13) 第六章参考文献 (14)
第一章前言 1 . 1选题的意义 橙子是世界上栽培最广、经济价值最高的橙子类水果，成熟后变成黄色果肉酸甜适度，汁多，富有香气，是生产饮料的重要原料。橙子营养丰富，含有丰富的维生素C、钙、磷、钾、β-胡萝卜素、柠檬酸、皮甙以及醛、醇、烯等物质，常常食用可以强化免疫系统，抑制肿瘤细胞生长，明显减少胆结石的发生，增强毛细管韧性，减少人体体的胆固醇吸收，降低血脂，深受人们喜爱。由于橙子出汁率高，有良好的风味，营养丰富，经过加工可制成酸甜可口的橙子饮料，既可以保留其大部分的营养成分和风味物质，又可以增加其附加价值，为农民的创收提供帮助。 1 . 2立题的意义 作为食品专业的学生，通过本次果蔬汁加工工艺学设计，我们已初步通过学习掌握果汁加工原料的质构与加工特性、果汁加工工艺、果汁加工设备、果汁在加工生产过程中常见的质量问题、果汁加工中物料衡算及管路设计等相关基本知识。参考果蔬汁现代生产加工相关文献，我们设计日产72吨橙子生产线，在设计过程中选择橙汁加工中合理的工艺流程，选择合适的加工设备，为实际生产加工橙子提供一定的用途。 1 . 3厂址的选择 橙汁工厂的选择一般倾向于设在原材料产地附近，厂址在城市外围，原材料产地附近的郊区，有利于销售，便于辅助材料和包装
食品工程原理课程教学大纲 一、课程基本概况 课程名称：食品工程原理 课程名称（英文）：PRINCIPLES OF FOOD ENGINEERING 课程编号：0611306 课程总学时：70学时（讲课60学时，实验10学时） 课程学分：3.5学分 课程分类：必修课 开设学期：第4学期 适用专业：食品科学与工程专业 先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《物理化学》、《机械制图》等课程 后续课程：《粮油食品工艺学》、《畜产食品工艺学》、《果蔬食品工艺学》、《食品机械》、《食品工厂设计》 二、课程的性质、目的和任务 本课程是食品科学与工程专业主要的必修课之一。本课程是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基础上开设的一门专业基础课程，是承前启后，由理及工的桥梁。主要目的是培养分析和解决有关单元操作各种问题的能力，以便在食品生产、科研与设计中到强化生产过程，提高产品质量，提高设备生产能力及效率，降低设备投资及产品成本，节约能耗，防止污染及加速新技术开发等。主要任务是：研究单元操作的基本原理、典型设备的构造及工艺尺寸的计算（或选型）。 三、主要内容、重点及深度 （一）理论教学 绪论 目的要求：了解食品工程原理的性质、任务、学习方法；掌握单位换算、物料衡算、能量衡算的基本方法。 主要内容： 一、食品工程原理的发展历程 二、食工原理的性质、任务、与内容 三、单位制与单位换算 四、物料衡算 五、能量衡算 六、过程平衡与速率 重点：单元操作的概念单位换算、物料衡算、能量衡算。 难点：经验公式的单位变换、试差计算法 1 / 8
第一章流体流动 目的要求：使学生了解流体平衡和运动的基本规律，熟练掌握静力学基本方程式、连续性方程式、柏努力方程式的内容和应用、流体在管内的流动阻力，在此基础上解决管路计算、输送设备功率计算等问题。 重点：静力学基本方程式、连续性方程式、柏努力方程式的内容和应用、流体在管内的流动阻力 难点：柏努力方程式的推导及其应用、流动边界层的概念、流动阻力计算公式的推导 主要内容： 第一节流体静力学方程式及其应用 一、流体静力学方程式 二、流体静力学基本方程式的应用 第二节流体在管内的流动 一、稳定流动与不稳定流动 二、连续性方程式 三、柏努利方程式 四、柏努利方程式的应用 第三节流体在管内的流动阻力 一、顿粘性定律与流体的粘度 二、流动类型与雷诺准数 三、滞流与湍流 四、边界层的概念 五、流动阻力 第四节管路计算与流量测量 一、管路计算 二、流量测量 第二章粉碎与筛分 目的要求：掌握粉碎与筛分单元操作的基本概念、基本原理和基本计算。 重点：粒度的大小、形状及分布，粉碎速率、粉碎能耗、平均粒度、筛分速率 难点：食品物料粒度的大小、形状及分布，粉碎速率、粉碎能耗、平均粒度、筛分速率。 主要内容： 第一节粉碎 一、概述 二、粉碎理论 第二节筛分 一、筛分理论
2004 – 2005 学年第二学期食品科学与工程专业 食品工程原理试卷（A）卷 题号一二三四五…合计 得分 阅卷人 一、填空题（20分） 1. 71dyn/cm= N/m（已知1N=105 dyn）； 2. 给热是以和的差作为传热推动力来考虑 问题的； 3. 金属的导热系数大都随其温度的升高而 , 随其纯度 的增加而 ； 4. 能够全部吸收辐射能的物体（即A=1）称为 体； 5. 蒸发操作中，计算由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失 的方法有 、 ； 6. 蒸发器主要由 室和 室组
成； 7. 喷雾干燥中，热空气与雾滴的流动方式有 、 、 三种； 8. 形状系数不仅与 有关，而且 与 有关； 9. 粉碎的能耗假说比较著名的三种是 、 、 ； 10. 圆形筛孔主要按颗粒的 度进行筛分，长形筛孔主要按颗粒 的 度进行筛分。
二、选择题（10分）（有一项或多项答案正确） 1. 揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（ ） （A）普朗克定律；（B）折射定律；（C）克希霍夫定律； （D）斯蒂芬-波尔兹曼定律 2. 确定换热器总传热系数的方法有（） （A）查样本书；（B）经验估算；（C）公式计算；（D）实 验测定 3. 为保证多效蒸发中前一效的二次蒸汽可作为后一效的加热蒸 汽，前一效的料液的沸点要比后一效的（） （A）高；（B）低；（C）相等；（D）无法确定； 4. 对饱和湿空气而言，下列各式正确的是（） （A）p=p S，φ=100%，；（B）p=p S，φ=0；（C）p=0，φ=0； （D）t=t w=t d=t as 5. 粉碎产品粒度分析中，一般认为，筛分法分析的下限是（ ） （A）100μm；（B）50μm；（C）10μm；（D）5μm。 三、判断题（10分）（对者打“”号，错者打“”号。） 1. （）算术平均温度差是近似的，对数平均温度差才是准确的； 2. （）两固（灰）体净辐射传热的热流方向既与两者温度有关， 又与其黑度有关； 3. （）NaOH溶液的杜林线不是一组相互平行的直线； 4. （）恒速干燥阶段干燥速率的大小决定于物料外部的干燥条 件； 5. （）泰勒标准（Tyler Standard）筛制中，相邻两筛号的网眼净宽 度之比为1∶2。 四、计算题（60分） 1. （10分）外径为426mm的蒸汽管道，其外包扎一层厚度位 426mm的保温层，保温材料的导热系数可取为0. 615 W/(m· ℃)。若蒸汽管道的外表面温度为177℃，保温层的外表面温度 为38℃，试求每米管长的热损失以及保温层中的温度分布。 2. (10分) 一单程列管式换热器，由若干根长为3m、直径为 φ25×2.5mm的钢管束组成。要求将流量为1.25kg/s的苯从350K 冷却到300K，290K的冷却水在管内和苯呈逆流流动。若已知 水侧和苯侧的对流传热系数分别为0.85和1.70kW／(m2．K)，
食品工程原理课程设计 ---管壳式冷凝器设计
目录 食品工程原理课程设计任务书 (2) 流程示意图 (3) 设计方案的确定 (4) 冷凝器的造型计算 (6) 核算安全系数 (8) 管壳式冷凝器零部件的设计 (10) 设计概要表 (12) 主要符号表 (13) 主体设备结构图 (14) 设计评论及讨论 (14) 参考文献 (15)
（一）食品科学与工程设计任务书 一、设计题目： 管壳式冷凝器设计 二、设计任务： 将制冷压缩机压缩后制冷剂(如F-22、氨等)过热蒸汽冷却、冷凝为过冷液体，送去冷库蒸发器使用。 三、设计条件： 1、冷库冷负荷Q0=1700KW； 2、高温库，工作温度0～4℃，采用回热循环； 3、冷凝器用河水为冷却剂，取进水温度为26~28℃； 4、传热面积安全系数5～15%。 四、设计要求： 1.对确定的设计方案进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5. 编写设计说明书（包括：①.封面；②.目录；③.设计题目；④.流程示意图；⑤.流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明；⑦主体设备结构图； ⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。） 6.绘制工艺流程图、管壳式冷凝器的的结构（3号图纸）、花板布置图（3号或4号图纸）。
（二）流程示意图 流程图说明： 本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。 1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高； 2 3 高温高压的F—22蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。 4 4’ 液态F—22不断贮存在贮氨器中； 4’ 5 使用时F—22液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器； 5 1 低压的F—22蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。 5’1是一个回热循环。 本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，F—22蒸汽走壳程。采用多管程排列，加大传热膜系数，增大进，出口水的温差，减少冷却水的用量。
传热练习题 1、 某加热器外面包了一层厚度为300mm 的绝缘材料，该材料的热导率为0.16W/(m ·℃)，已测得该绝缘层外缘温度为30℃，距加热器外壁250mm 处为75℃，试求加热器外壁面的温度为多少？ 2、 用套管换热器将果汁从80℃冷却到30℃，果汁比热为3.18kJ/kg ℃，流量为240kg/h 。冷却水与果汁呈逆流进入换热器，进口和出口温度分别为10℃和20℃，若传热系数为450W/m 2℃，计算换热面积和冷却水用量。 3、在一内管为Φ25mm×2.5mm 的套管式换热器中，用水冷却苯，冷却水在管程流动，入口温度为290K ，对流传热系数为850W/(m 2·K)，壳程中流量为1.25kg/s 的苯与冷却水逆流换热，苯的进、出口温度分别为350K 、300K ，苯的对流传热系数为1700 W/(m 2·K)，已知管壁的热导率为45 W/(m·K)，苯的比热容为c p =1.9 kJ/(kg·℃)，密度为ρ=880kg/m 3。忽略污垢热阻。试求：在水温不超过320K 的最少冷却水用量下，所需总管长为多少（以外表面积计）？ 4、 在一单程列管式换热器中，用130℃的饱和水蒸汽将36000kg/h 的乙醇水溶液从25℃加热到75℃。列管换热器由90根Ф25mm×2.5mm ，长3m 的钢管管束组成。乙醇水溶液走管程，饱和水蒸汽走壳程。已知钢的热导率为45W/(m·℃)，乙醇水溶液在定性温度下的密度为880kg/m 3，粘度为1.2×10－3Pa·s ，比热为4.02kJ/(kg·℃)，热导率（即导热系数）为0.42W/(m·℃)，水蒸汽的冷凝时的对流传热系数为104W/(m 2·℃)，忽略污垢层热阻及热损失。试问此换热器是否能完成任务（即换热器传热量能否满足将乙醇水溶液从25℃加热到75℃）？ 已知：管内对流传热系数关联式为4.08.0Pr Re )/(023.0d λα=，λμ/Pr p C =。 干燥练习题 5、 某物料在连续理想干燥器中进行干燥。物料处理量为3600kg/h, 物料含水量由20%降到5%（均为湿基）。空气初始温度为20℃，湿度为0.005kg/kg 绝干气，空气进干燥器时温度为100℃， 出干燥器时温度为40℃。试求：(1)空气消耗量；(2)预热器传热量。 6、 在某干燥器中干燥砂糖晶体，处理量为100kg/h ，要求将湿基含水量由40%减至5%。干燥介质为干球温度20℃，相对湿度15%的空气，经预热器加热
华中农业大学HUAZHONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 题目：食品工程原理课程设计 班级：食工1002班 姓名：张国秀 学号： 2010309200212 日期： 指导老师：
列管式换热器设计任务书 一、设计题目：列管式换热器的设计 二、设计任务及操作条件 1、处理能力：6000㎏/h 2、设备形式：列管式换热器 3、操作条件 ①油：进口温度140℃，出口温度40℃； ②冷却介质：循环水，进口温度30℃，出口温度40℃； ③允许压强降：不超过107 Pa； 4、确定物性数据： 定性温度:可取流体进出口温度的平均值。 壳程油品的定性温度T=（140+40）/2=90℃ 管程循环水的定性温度t=(30+40)/2=35℃ 根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据：油在90℃时密度ρ0=825㎏/m3 比热容Cp0 =2.22 kJ/(㎏·℃) 黏度μ0=0.000715Pa·s 导热系数λ0=0.140 W/(m·℃) 水在35℃时密度ρi=994㎏/m3 比热容Cp i=4.08 kJ/(㎏·℃) 黏度μi=0.000725Pa·s 导热系数λi=0.626W/(m·℃) 5、每年按330天计算，每天24小时连续运行。
目录 第一节概述及设计方案简介 (5) 1 概述 (5) 1.1 换热器 (5) 1.2换热器的选择 (5) 1.3 流动空间的选择 (7) 1.4 流速的确定 (7) 1.5 材质的选择 (7) 1.6 管程结构 (8) 1.7 壳程结构 (9) 1.8 壳程接管 (10) 2 设计方案 (10) 3 主要符号参考说明 (11) 第二节工艺计算及主体设备设计计算 (12) 2.1 计算传热系数 (12) 2.1.1 计算管程对流传热系数 (12) 2.1.2 计算壳程对流传热系数 (12) 2.1.3 计算总传热系数 (12)
一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得其中的质量流量为15.7kg.s-1,其体积流量为_0.0157m3.s-1_.平均流速为__ 2.0m.s-1____。 2. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的____倍; 如果只将管径增加一倍,流速不变,则阻力损失为原来的_____倍。2；1/4 3. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。出口阀 4.（3分）某输水的水泵系统,经管路计算得,需泵提供的压头为He=25m水柱,输水量为20kg.s-1,则泵的有效功率为_________.4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时，换热管的壁温接近__饱和水蒸汽；_的温度，而传热系数K值接近___空气____的对流传热系数。 6. 实现传热过程的设备主要有如下三种类型___、__、___.间壁式蓄热式直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称__标准式__。由于中央循环管的截面积__较大_____。使其内单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的____要小__，因此，溶液在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的____自然__循环。 8. 圆管中有常温下的水流动,管内径d=100mm,测得中的体积流量为0.022m3.s-1,质量流量为__22kg.s-1 __,平均流速为_ 2.8m.s-1______。 9. 球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是__粒子所受合力的代数和为零_ 。滞流沉降时，其阻力系数=__24/ Rep ___. 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m-1.K-1,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁)1140w 11. 非结合水份是主要以机械方式与物料相结合的水份。 12. 设离心机转鼓直径为1m，转速n=600 转.min-1，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快___201___倍。 13. 在以下热交换器中, 管内为热气体,套管用冷水冷却,请在下图标明逆流和并流时,冷热流体的流向。 本题目有题图：titu081.bmp 14. 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量WI＿＿WII AI＿＿＿A II。（大于，等于，小于） 大于，小于 15. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的____________，以使前一效引出的______________作后一效_________，以实现_____________再利用。为低、二次蒸汽、加热用、二次蒸汽 16. 物料干燥时的临界水份是指＿由恒速干燥转到降速阶段的临界点时，物料中的含水率；它比物料的结合水份大。 17. 如右图所示：已知,ρ水=1000kg.m-3,ρ空气=1.29kg.m-3,R=51mm,则△p=500_ N.m-2,ξ=_1（两测压点A.B间位差不计） 本题目有题图：titu141.bmp 18. 板框压滤机主要由__滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成_，三种板按1—2—3—2—1—2—3—2—1的顺序排列组成。 19. 去除水份时固体收缩最严重的影响是在表面产生一种液体水与蒸汽不易渗透的硬层，因而降低了干燥速率。 20. 多效蒸发的原理是利用减压的方法使后一效的蒸发压力和溶液的沸点较前一效的_为低，以使前一效引出的_二次蒸汽作后一效加热用，以实现_二次蒸汽_再利用。 21. 恒定的干燥条件是指空气的＿湿度、温度、速度＿以及＿与物料接触的状况＿都不变。 22. 物料的临界含水量的大小与_物料的性质，厚度和恒速干燥速度的大小__等因素有关。 二、选择题： 1. 当离心泵内充满空气时，将发生气缚现象，这是因为( ) B. A. 气体的粘度太小 B. 气体的密度太小 C. 气体比液体更容易起漩涡 D. 气体破坏了液体的连续性 2. 降膜式蒸发器内溶液是（C ）流动的。 A. 自然循环； B. 强制循环； C. 不循环 3. 当空气的t=t=tφ（A）。
《食品工程原理》教学大纲 一、本课程的教学目标和任务 本课程为食品专业的必修专业基础课。课程内容主要包括动量传递、热量传递和质量传递的三大传递理论及其在食品工程中的应用，即研究食品工程单元操作的基本原理与应用。动量传递内容包括流体力学和流体输送机械（泵与风机）的选用、颗粒与流体间的相对运动；热量传递内容包括传热学和蒸发操作等；质量传递内容包括传质过程、吸收与蒸馏、吸附与离子交换，浸出与萃取等单元操作；此外还包括热、质同时传递的过程，如食品的干燥等。 食品工程原理是一门主要研究食品加工过程的技术原理与工程实现的应用基础课程，与机械工程、化学工程等学科的有关课程密切相关，其基础涉及数学、物理、力学、热力学、传热学和传质学等。本课程以单元操作为主线，研究食品加工过程的有关理论与工程方法，为食品科学与工程及相近专业的学生和工程技术人员学习研究提供参考。 二、本课程的教学要求 食品工程原理是食品科学与工程及其相近专业的一门十分重要的专业基础课程，在创新人才培养中具有举足轻重的地位。由于课程涉及的知识面宽，对理论分析、设计计算、实验探索、工程经验的贯通融合和创新应用方面要求很高。学习中要注重逐步树立学生的工程观念，从先进实用、安全可靠、经济方便、节能减排等方面认真掌握单元操作和工程系统集成方面的知识。 1．注重培养学生的工程设计和应用的能力。食品加工工艺千变万化，其实现的途径又可以多种多样，所以要树立学生的工程观念，能够根据生产工艺要求和物料特性，合理地选择单元操作及相应的设备，完成过程分析、设计计算，努力使系统集成达到最优化。 2.注重培养学生的数据攫取能力。食品工程原理学科研究的历史短，基础数据十分缺乏。如何通过网络或资料查取有参考价值的数据，或者通过实验测取、生产现场查定相关数据、是进行良好的食品工程设计的重要前提。 3.注重培养学生的实验能力。学习实验设计、单元操作实验、数据处理、误差分析方法，提高学生的动手能力和实验技能。 4. 多媒体等现代化教学手段辅助教学，使学生增加感性认识，激发学习兴趣，提高教学质量。
第五章习题解答 1. 什么样的溶液适合进行蒸发？ 答：在蒸发操作中被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶剂的溶液。只要是在蒸发过程中溶质不发生汽化的溶液都可以。 2. 什么叫蒸发？为什么蒸发通常在沸点下进行？ 答：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。在蒸发操作过程中物料通常处于相变状态，故蒸发通常在沸点下进行。 3. 什么叫真空蒸发？有何特点？ 答：真空蒸发又称减压蒸发，是在低于大气压力下进行蒸发操作的蒸发处理方法。将二次蒸汽经过冷凝器后排出，这时蒸发器内的二次蒸汽即可形成负压。操作时为密闭设备，生产效率高，操作条件好。 真空蒸发的特点在于： ①操作压力降低使溶液的沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源； ②对相同压强的加热蒸汽而言，溶液的沸点随所处的压强减小而降低，可以提高传热总温度差；但与此同时，溶液的浓度加大，使总传热系数下降； ③真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的投资费和操作费提高。 4. 与传热过程相比，蒸发过程有哪些特点？ 答：①传热性质为壁面两侧流体均有相变的恒温传热过程。 ②有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢或产生泡沫、高温下易分解或聚合；溶液的浓度在蒸发过程中逐渐增大、腐蚀性逐渐增强。二次蒸汽易挟带泡沫。 ③在相同的操作压强下，溶液的沸点要比纯溶剂的沸点高，且一般随浓度的增大而升高，从而造成有效传热温差减小。 ④减少加热蒸汽的使用量及再利用二次蒸汽的冷凝热、冷凝水的显热是蒸发操作过程中应考虑的节能问题。 5. 单效蒸发中，蒸发水量、生蒸气用量如何计算？ 答：蒸发器单位时间内从溶液中蒸发出的水分质量，可用热负荷来表示。也可作物料衡算求得。 在蒸发操作中，加热蒸汽冷凝所放出的热量消耗于将溶液加热至沸点、将水分蒸发成蒸汽及向周围散失的热量。蒸汽的消耗量可通过热量衡算来确定。 6. 何谓温度差损失？温度差损失有几种？ 答：溶液的沸点温度t往往高于二次蒸汽的温度T’，将溶液的沸点温度t与二次蒸汽的温度T'之间的差值，称为温度差损失。 蒸发操作时，造成温度差损失的原因有：因蒸汽压下降引起的温度差损失'?、因蒸发器中液柱静压强而引起的温度差损失''?和因管路流体阻力引起的温度差
《工程制图及机械设计基础》课程教学大纲 一、课程说明 课程编码4300181 课程类别学科基础课 修读学期第二学期学分 2 学时32 课程英文名称Engineering Drawing & Mechanical Design Basis 适用专业食品科学与工程、食品质量与安全 先修课程大学计算机基础、电子与电工技术 二、课程的地位及作用 《工程制图与及机械设计基础》是为工科类学生而开设的一门学科基础课程。是研究设计者用来表达设计思想，生产者用来指导生产，使用者据此使用维护，还是技术交流工具的“工程语言”工程图样的绘制与识读的理论和方法。对于学生学习和掌握《食品机械与设备》、《食品工程原理》、《食品工厂设计》等专业课的绘图、读图及设计能力的培养至关重要，也为毕业设计及毕业后从事工业产品设计与制造、选用与管理生产设备打下基础。 三、课程教学目标 1、掌握用正投影法图示空间物体的基本理论和方法； 2、培养尺规绘图、徒手绘图和计算机绘图的初步能力； 3、掌握绘制和识读工程图样的基本技巧，熟悉工程制图国家标准和查阅方法； 4、培养空间构思表达能力和三维形体的形象思维能力； 5、培养耐心细致的工作作风和严肃认真的工作态度。 四、课程学时学分、教学要求及主要教学内容 (一) 课程学时分配一览表
章节主要内容总学时 学时分配讲授实践 第1章制图基本知识与基本技能 2 2 0 第2章AutoCAD基础 6 6 0 第3章点、直线、平面的投影 4 4 0 第4章立体的投影 4 4 0 第5章组合体的视图与形体构思 4 4 0 第6章轴测图 2 2 0 第7章机件的常用基本表达方法 4 4 0 第8章标准件和齿轮 2 2 0 第9章零件图 2 2 0 第10章装配图 2 2 0 (二) 课程教学要求及主要内容 第一章制图基本知识与基本技能 教学目的和要求： 1. 了解国家标准《技术制图》、《机械制图》的基本规定； 2. 掌握尺寸标注方法； 3. 掌握平面图形画法； 4. 掌握尺规绘图的方法与步骤。 教学重点和难点: 1. 教学重点：国家标准中的尺寸标注方法。 2. 教学难点：比例和尺寸标注。 教学方法和手段：讲解法、问答法。 教学主要内容： 1. 制图基本规定：图纸幅面、比例、字体、图线、尺寸注法； 2. 绘制工程图样的三种方法； 3. 尺规绘图及其工具、仪器的使用； 4. 几何作图； 5. 尺规绘图的方法与步骤； 6. 徒手绘图及其画法。 第二章AutoCAD基础 教学目的和要求：
食品工程原理期末复习 单项选择题 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
单项选择题：（从每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的号码写在题干后面的括号内） 1、一个标准大气压，以mmHg为单位是（ B ） (A) 761 (B) 760 (C) (D) 9、一个标准大气压，以mH2O柱为单位是（ B ） (A) (B) (C) (D) 2、表示流体流动形态类型可用雷诺数来表示，当流体流动属于层流时，雷诺数为（ D ） (A) Re ≤ 1500 (B) Re ≤ 1600 (C) Re ≤ 1800 (D) Re ≤ 2000 10、表示流体流动形态类型可用雷诺数来表示，当流体流动属于湍流时，雷诺数为（ C ） (A) Re >3500 (B) Re >3800 (C) Re >4000 (D) Re >4200 16、一个标准大气压，以cm2为单位是（ B ） (A) (B) (C) (D) 25、一个标准大气压，以Pa为单位应为（ B ） (A) ×104 (B) ×105 (C) ×106 (D) ×105 3、流体内部流动时产生的摩擦力，对流体的流动有阻碍的作用，称为流体的 （ D ） (A) 比热 (B) 密度 (C) 压力 (D) 粘性 5、流体流过任一截面时，需要对流体作相应的功，才能克服该截面处的流体压力，所 需的功，称为（ C ） (A) 位能 (B) 动能 (C) 静压能 (D) 外加能量 6、流体流动时，上游截面与下游截面的总能量差为（ D ） (A) 外加能量减动能 (B) 外加能量减静压能 (C) 外加能量减位能 (D) 外加能量减能量损失 7、输送流体过程中，当距离较短时，直管阻力可以（ C ） (A) 加倍计算(B) 减半计算(C) 忽略不计(D) 按原值计算 8、泵在正常工作时，实际的安装高度要比允许值减去（ B ） (A) ０.３m (B) ０.５－１m(C) １－１.５m(D) ２m 12、流体流动时，由于摩擦阻力的存在。能量不断减少，为了保证流体的输送需要（ D ） (A) 增加位能 (B) 提高动能 (C) 增大静压能 (D) 外加能量 13、利用柏努利方程计算流体输送问题时，需要正确选择计算的基准面，截面一般与 流动方向（C） (A) 平行(B) 倾斜(C) 垂直(D) 相交 14、输送流体时，在管道的局部位置，如突扩，三通，闸门等处所产生的阻力称为（ B） (A) 直管阻力(B) 局部阻力(C) 管件阻力(D) 输送阻力 15、泵在正常工作时，泵的允许安装高度随着流量的增加而（ B ） (A) 增加(B) 下降(C) 不变(D) 需要调整 17、离心泵启动时，泵内应充满输送的液体，否则会发生（ A ） (A) 气缚 (B) 汽蚀 (C) 气阻 (D) 气化 19、流体内部的压强，以绝对零压为起点计算的是（ C ） (A) 真空度 (B) 表压 (C) 真实压强 (D) 流体内部的静压 20、流体流动时，如果不计摩擦损失，任一截面上的机械能总量为（ D ） (A) 动能加位能 (B) 动能加静压能 (C) 位能加静压能 (D) 总能量为常量 21、利用柏努利方程计算流体输送问题时，要正确的选择合理的边界条件，对宽广水 面的流体流动速度，应选择（C） (A) U = 1 (B) 0 < u < 1 (C) u = 0 (D) u < 0 22、输送流体时，泵给予单位质量流体的能量为（ C ） (A) 升扬高度(B) 位压头 (C) 扬程(D) 动压头 23、往复式泵的分类是依据不同的（A） (A) 活塞(B) 连杆(C) 曲柄(D)汽缸 26、离心泵的实际安装高度,应该小于允许安装高度，否则将产生（ B ） (A) 气缚 (B) 汽蚀 (C) 气阻 (D) ) 气化
浙江大学食工原理复习题及答案 一、填空题： 1. 圆管中有常温下的水流动，管内径d=100mm 测得其中的质量流量为 15.7kg.s -1,其体积 流量为 _________. 平均流速为 *** 答案 0.0157m 3 .s -1 2.0m.s -1 2. 流体在圆形管道中作层流流动 , 如果只将流速增加一倍 , 则阻力损失为原来的 如果只将管径增加一倍 , 流速不变 , 则阻力损失为原来的 _______ 倍。 *** 答案 *** 2 ； 1/4 3. 离心泵的流量常用 *** 答案 *** 出口阀 4. （3分） 题号 2005 第 2章 知识点 100 某输水的水泵系统 , 经管路计算得 , 需泵提供的压头为 则泵的有效功率为 . *** 答案 *** 4905w 5. 用饱和水蒸汽加热空气时， 换热管的壁温接近 _______ 近 _____________ 的对流传热系数。 调节。 答案 *** 饱和水蒸汽； 空气 6. 实 现 传 热 过 程 的 设 备 主 要 有 如 下 三 种 类 型 倍; 难度 容易 He=25m 水柱,输水量为 20kg.s -1, 的温度， 而传热系数K 值接 *** 答案 *** 间壁式 蓄热式 直接混合式 7. 中央循环管式蒸发器又称 ___________________ 。由于中央循环管的截面积 单位容积的溶液所占有的传热面积比其它加热管内溶液占有的 _____________ 在中央循环管和加热管内受热不同而引起密度差异，形成溶液的 ___________ ___。使其内 ，因此，溶液 ___循 答案 *** 标准式 ， 较大 ， 要小 ， 自然 圆管中有常温下的水流动，管内径d=100mm 测得中的体积流量为 0.022m 【s -1,质量流量 ______ , 平均流速为 答案 *** -1 8. 为_ -1 22kg.s -1 ; 2.8m.s 9. 球形粒子在介质中自由沉降时， 匀速沉降的条件是 阻力系数 = ___________ . *** 答案 *** 粒子所受合力的代数和为零 24/ Rep 10. 某大型化工容器的外层包上隔热层 ，以减少热损失，若容器外表温度为 500 C ,而环境 温度为20C ,采用某隔热材料,其厚度为240mm,入=0.57w.m -1 .K -1，此时单位面积的热损失为 __。（注: 大型容器可视为平壁 ） 答案 *** 。滞流沉降时， 其
食品工程原理 课程设计说明书 任务名称：蒸发器的设计 设计人： 指导教师： 班级组别： 设计时间： 成绩:
目录 1、设计说明书 (2) 2、设计方案的确定 (3) 3、方案说明 (4) 4、物料衡算 (5) 5、热量衡算 (5) 6、工艺尺寸计算 (9) 7、附属设备尺寸计算 (15) 8、主要技术参数 (17) 9、计算结果汇总 (17) 10、设备流程及装备图 (18) 11、参考文献 (21)
设计说明书 一、题目: 蒸发器的设计 设计蒸发量为4吨/小时的双效真空浓缩装置，用于浓缩番茄酱的生产。已知进料浓度为%，成品浓度为28%，第一效真空度为600mmHg,第二效真空度为700mmHg。加热蒸汽的压力为0.15 MPa 二、原始数据： 1、原料：浓度为%的番茄酱 2、产品：浓度为28%的番茄酱 3、生产能力：蒸发量四吨每小时，一天工作10个小时 4、热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力 5、压力条件：第一效为600 mmHg的真空度，第二效为700 mmHg的真空度 三、设计要求内容： 1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。 2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、温差损失、传热量、 传热面积等。 3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺 寸等。 4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用 5、流程图及装配图绘制
四．设计要求 1、设计说明书一份； 2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等； 3、蒸发器流程图和装配图 设计方案的确定 1.蒸发器的确定：选用外加热式蒸发器，它的特点是加热室与分离室分开，便 于清洗和更换。这种结构有利于降低蒸发器的总高度，所以可以采用较长的加热管。并且，因循环管不受热而增大了溶液的循环速度，可达1.5m/s。 2.蒸发器的效数：双效真空蒸发。真空操作的压力小，故在蒸发器内物料的沸 点就低，对于番茄这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。采用多效蒸发是减少加热蒸汽耗用量，提高热能经济性的有效措施。然而也不能无限地增加效数。理由如下：（1）效数越多，节省地加热蒸汽量就越少。由单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少50%，但由四效改为五效只能节省10%，热能经济性提高不大。（2）效数越多，温度差损失越大，分配到各效的有效温度差就越小。为了维持料液在溶液沸腾阶段，每效的有效温度差不能小于5--7摄氏度。这样也限制了效数的增加。（3）热敏性溶液的蒸发，一般不超过三效。 3.加热方式：直接饱和蒸汽加热，压力。 4.操作压力：Ⅰ效为600 mmHg真空度，Ⅱ效为700 mmHg真空度。
※<前言> 一、课程的性质与任务 《食品加工工艺学》食品科学与工程专业的一门重要的专业基础课。是一门应用化学、物理学、生物学、微生物学和食品工程原理等各方面知识，研究食品原料化学成分的加工特性及原辅料质量与食品加工的关系；食品的保藏原理；果蔬食品、粮油食品、动物食品、酿造食品等的加工原理，加工工艺，产品标准和常见质量问题及其控制措施；介绍食品加工的新技术、新成果及发展前景。 通过本课程的学习，要求学生熟悉食品的品质特性，懂得各种食品的生产原理和工艺理论；具有探索新工艺、新技术、新原料的研究能力； 研究食品资源利用、生产和储藏的各种问题，探索解决问题的途径，实现生产合理化、科学化和现代化，为人类提供营养丰富、品质优良、种类繁多、食用方便的食品。 二、课程的教学目的与要求 依据本专业教学计划对本课程教学的基本要求，经过理论教学、综合大实验等教学环节,使学生获得下列知识和技能: 1.了解原料中化学成分的加工特性以及原辅料质量与食品品 质的关系。掌握原料预处理的方法及辅料的要求和使用标准。 2.了解食品不稳定的原因，熟悉食品保藏的基本原理和相应的技术措施。
3.掌握果蔬食品、粮油食品、动物食品和酿造食品中的主要类型及其加工工艺，主要工序的机理、技术要求及技术参数。熟悉新产品开发中的工艺设计。 4.了解产品质量标准;了解产品商品化的基本知识。 ※<教学内容> 绪论 1.基本内容 ⑴ 食物与食品的概念，食品的分类方法。 ⑵ 食品加工的重要意义。 ⑶ 国内外食品工业的发展状况及前景。 ⑷ 食品加工学的任务。 2.基本要求 ⑴ 了解食品加工的意义及特点。 ⑵ 了解食品工业的发展状况及前景。 3.重点难点 国内外食品工业的历史与现状，国内外食品工业的差距，以及食品工业的发展前景。 4.建议⑵ 介绍本课程的学习方法和注意事项，并给学生指定参考书和期刊。 第一章果蔬的化学成分和预处理 1.基本内容 ⑴ 果蔬的化学组成。 ⑵ 果蔬中的可溶性糖、有机酸、色素、维生素、单宁、含氮物质、部分糖苷和果胶物质等与食品加工的关系。 ⑶ 果蔬原料挑选、分级、洗涤、去皮、切分、去核(芯)、破碎、热烫等的作用和方法。 ⑷ 果蔬在加工过程中变色的原因及护色的主要措施。 2.基本要求 ⑴ 了解果蔬中化学成分与加工的关系，果蔬在加工过程中的变色的原因。