《发酵补料液连续灭菌系统设计—课程设计》.doc

过程工程原理课程设计题 目 发酵补料液（43000Kg/h） 4 1.1 换热器类型的选择 4 1.2 加热剂、冷却剂的选择 5 1.3 流体流动空间的选择 5 1.4 流体进出口温度的选择 5 1.5 换热器材质的选择 5 1.6初步流程图 6 2.工艺计算 7 2.1换热器（加热器）计算 7 2.1.1热量计算 7 2.1.2K值 A值计算 7 2.1.3管壁温度 8 2.1.4壳体壁温 8 2.1.5温度补偿 8 2.2冷却器1计算 9 2.2.1热量计算 9 2.2.2面积A与K值计算 9 2.2.3管壁温度 10 2.2.4壳体壁温 10 2.2.5温度补偿 10 2.3冷却器2 10 2.3.1热量计算 10 2.3.2K值 A值计算 11 2.3.3管壁温度 11 2.3.4壳体壁温 12 2.3.5温度补偿 12 3.辅助设备的选择 13 3.1泵的选择 13 3.1.1离心泵对外管路供给的压头 13 3.1.2离心泵对加热器供给的压头 13 3.1.3离心泵对冷却器1供给的压头 14 3.1.4离心泵对冷却器2供给的压头 14 3.1.5离心泵对维持罐供给的压头 14 3.1.6 15 3.1.7泵的选择 15 3.2法兰和管板的选取 15 3.3折流板 16 3.4封头 16 4.设计一览表 17 5.设计评述 19 6.参考文献 20 7.主要符号说明 21 1. 设计方案简介 1.1 换热器类型的选择 换热器分类： 1、两流体直接接触式换热器：会影响补料液浓度，难以精确控制 2、蓄热式换热器：常用于回收气体热量或冷量，不适用本次设计 3、间壁式换热器：应用广，冷热流体用间壁隔开，不影响料液浓度和染菌可能考虑本次工艺要求，选择间壁式换热器 列管式换热器[] 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。 单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。 1.2 加热剂、冷却剂的选择 加热剂：水蒸气进口温度：151.7℃（绝压500kPa），冷凝水出口温度：151.7℃ 冷却剂：冷物料，水 1.3 流体流动空间的选择 在加热中，管内流热补料液，壳内水蒸气；第一个冷却器中管内走热补料液，壳内走冷补料液，第二个冷却器管内走热物料，壳内走水 1.4 流体进出口温度的选择 加热器:冷料液进口温度65℃，出口温度：120℃ 冷却器：灭菌后料液进口温度：120℃，第二个冷却器出口温度：30℃左右第一个冷却器冷料液进口温度：25℃，出口温度：60℃ 1.5 换热器材质的选择不锈钢 1.6初步流程图2.工艺计算 2.1换热器（加热器）计算 2.1.1热量计算 由葡萄糖Cp经验公式Cp=4.186+2.681×10-5T-0.025 09x+7.357×10-5Tx-1.564×10-7TT-4.136×10-7xx[kJ/(kg·K)][] 已知T平均=（60+120）/2=90℃ 将硫酸镁当葡萄糖计算x=（280+15）/1000=29.5% Cp1=3.161[kJ/(kg·K)] 查表得45℃时水的比热容为4.5[kJ/(kg·K)][] w1=29.5%,w2=70.5% 1/Cp=w1/cp1+w2/cp2=29.5%/3.161+70.5%/4.5得Cp=4.0[kJ/(kg·K)] Q=qm1*Cp(T1-T2)=(43000/3600)*4000*60=2867kw 已知500000下水蒸气温度为t=151.7℃[] △tm=（△t1-△t2）/ln(△t1/△t2)=56.5℃ 2.1.2K值 A值计算 假设K=2000 W/(m2*k) 可得A1=nπdl=Q/(K△tm), 推出nd=Q/(Klπ△tm)...(1) 查表得ρ葡萄糖=1.566 g/ml ρ硫酸镁=2.66 g/ml[] ρ=1000/(280/1.566+15/2.66+705/0.99)=1.115g/ml=1115kg/m^-3 因为qm=qv*ρ得qv=38.5m^3/h 由qv=A2u=（nπd2）u/4 ,nd2 =4qv/(uπ)(2 ) 取u=1m/s l=9m (1)(2)式联立得d=16mm n=48 （管子规格选Φ25×2.5mm）[] d1=20mm d2=25mm代入qv=A2u=（nπd2）u/4得n=34,查表得选取规格为Φ25×2.5mm ， n=38得u=0.9m/s 正三角形排列，管中心距t=1.25d2≈32