工勘课程设计1
青岛农业大学
毕业论文（设计）
题目：济南大学一号办公楼设计
姓名：王洋
学院：建筑工程学院
专业：土木工程
班级：2008级4班
学号：20082385
指导教师：潘东芳
2012年5月30
目录
摘要...........................................................................................................................................３绪论...........................................................................................................................................４1结构布置方案及结构选型 (7)
1.1结构承重方案选择....................................................................................................５
1.2主要构件选型及尺寸初步估算................................................................................５
1.3确定结构计算简图..................................................................................................７2荷载标准值计算...................................................................................................................８
2.1恒载标准值计算........................................................................................................８
2.2活载标准值计算....................................................................................................１０
2.3竖向荷载下框架受荷总图....................................................................................１０
2.4风荷载计算....................................................................................错误！未定义书签。
2.5风荷载作用下框架的侧移计算....................................................错误！未定义书签。
2.6地震作用计算................................................................................错误！未定义书签。
2.7水平地震荷载作用下框架的侧移计算........................................错误！未定义书签。3框架内力计算..........................................................................错误！未定义书签。
3.1风荷载作用下框架的内力计算（D值法）.................................错误！未定义书签。
3.2水平地震作用下的框架内力计算........................................................................１２
3.3恒载作用下框架的内力计算................................................................................１４
3.4活载作用下框架的内力计算........................................................错误！未定义书签。4内力组合..................................................................................错误！未定义书签。5框架梁、柱截面设计.......................................................................................................１５
5.1框架梁配筋计算....................................................................................................１５
5.2柱截面配筋计算............................................................................错误！未定义书签。6板的设计（按塑性理论计算）..............................................错误！未定义书签。7基础设计...........................................................................................................................１９8楼梯设计...........................................................................................................................２５结论.......................................................................................................................................２９参考文献...............................................................................................................................３０致谢.......................................................................................................................................３１
摘要
本次毕业设计是一幢办公楼，主要进行的是结构设计部分。
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段：
一结构方案阶段：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式，本工程采用的是框架结构；基础形式采用柱下独立基础和联合基础，楼梯为钢筋混凝土现浇板式楼梯。
二结构计算阶段：包括竖向恒，活荷载下的荷载计算和内力计算，水平风荷载的计算，地震作用的计算，水平风荷载作用下的内力计算，水平地震荷载下的内力计算，内力组合，梁板柱的配筋，楼梯计算，基础设计。采用底部剪力法计算地震作用，恒载和活载的内力计算采用分层叠加法，风载和地震作用下的内力计算采用D值法。
三施工图设计阶段：根据上述计算结果，来最终确定构件布置和构件配筋以及根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。
整个方案设计基本符合设计和结构要求，具有一定的创造性和合理性。
关键词：钢筋混凝土框架结构，内力计算，配筋计算，抗震设计，结构设计，施工图。
绪论
土木工程专业的毕业设计是综合性和实践性极强的最后一个教学环节，是理论与实际相结合的训练阶段；是我们学生运用所学的基础理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构、施工设计的重要实践过程，涉及综合运用建筑、结构、施工包括结构力学、土力学、地基基础、aotu CAD，PKPM及天正绘图、工程材料学、工程测量学、建筑工程制图学、房屋建筑学、混凝土结构、钢筋混凝土结构、结构抗震、高层建筑结构等相关学科的知识。
设计的目的：
1．熟悉土木工程专业设计的程序和方法。通过设计了解一个设计任务从任务书到绘制出施工图纸的建设程序。
2．巩固、加深基础和专业知识，并提高综合运用基础和专业知识和基本技能的能力。通过毕业设计对已经学过的基础知识如数学、结构力学、计算机等和专业知识如房屋建筑学、混凝土结构设计原理、混凝土结构设计、建筑抗震、地基与基础工程等专业知识进一步系统巩固、加深和拓展。
3．学习如何搜集和查阅各种专业资料，去解决设计中所遇到的问题。
4．学习调查研究的方法，培养深入细致、联系实际，从经济，技术观点全面分析解决问题，独立思考独立工作的能力。
5．了解工程中常用做法，增强工程意识提高工程实践能力。每人独立、系统完成一个工程设计以期掌握一个工程的全过程设计。
设计的意义：
作为即将毕业的大学生，毕业设计是学完全部课程后的一个重要实践性教学环节，也是一次将已学知识应用于工程实际的综合训练。通过毕业设计能使我们了解一般民用建筑设计方法，掌握建筑构造的处理；掌握多层框架结构房屋的结构选型和布置，掌握多层框架及部分结构构件的计算；能绘制房屋施工图，熟悉房屋设计的全过程；掌握多层框架结构房屋单位工程施工组织设计的一般方法。通过毕业设计的训练，能使我们初步具有处理工程问题的能力。进行毕业设计时要求理论联系实际，注意培养独立思考、能培养我们分析问题与解决问题的能力。
1.结构布置方案及结构选型
1.1.结构承重方案选择
根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置参见图1。
图1结构布置图
平面图竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。
根据以上楼盖的平面布置、竖向荷载的传力途径和结构抗震要求，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重方案，结构计算时取一榀横向中框架进行内力计算和结构设计。
1.2.主要构件选型及尺寸初步估算
1.2.1.主要构件选型
（１）梁﹑板﹑柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构。
（２）墙体采用：加气混凝土砌块（容重为7.5kN/m3）。
（３）墙体厚度：外墙:250mm，内墙：200mm。
（４）基础采用：柱下独立基础。
1.2.2.梁﹑柱截面尺寸估算
（１）横向边框架梁:为了满足承载力、刚度及延性要求，截面高度一般取梁跨度的
1/12~1/8，取跨度较大者进行计算：
l =7200mm ，h=(1/8~1/12)l =600mm~900mm ，取h=700mm 。
梁截面宽度可取1/3~1/2梁高，同时不应小于1/2柱宽，且不应小于250mm ：
==h b )3
1
~21(233.33mm~350mm
取b=300mm 。
故横向边框架梁初选截面尺寸为：b ×h=300mm ×700mm 。（２）横向中跨框架梁：
l =2800mm ，h=(1/12~1/15)l =187mm~200mm ，取h=500mm 。
梁截面宽度可取1/3~1/2梁高，同时不应小于1/2柱宽，且不应小于250mm
==h b 1
~1(167mm~250mm ，取b=250mm ，
故横向中跨框架梁初选截面尺寸为：b ×h=250mm ×500mm 。（３）纵向框架梁：
与横向框架梁一样初选截面尺寸为：b ×h=300mm ×700mm 。（４）框架柱：其截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算：
E N Fg n β=c n c
N
A f μ≥注：β考虑地震作用的组合后柱轴压力增大系数；
F 按简支状态计算柱的负载面积；
E g 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取142/KN mm ；n 为验算截面以上的楼层数；
建筑总高度按18.3计算，小于30m 现浇框架结构，设防烈度为7度，查建筑抗震规范可知，该框架为3级抗震框架，最大轴压比0.9，假设采用C30混凝土，查表
得214.3/c f N mm =，其中214/E g KN m =，n=5,0.9N μ=, 1.3 1.25ββ==边中，,C30混凝土：214.3/c f N mm =，21.43/t f N mm =边柱：E N Fg n
β==7.2
1.37.21452
??
??=2358.72(KN)c n c
N
A f μ≥=32358.7210/0.914.3??=2183272.73()
mm 中柱：E N Fg n β==7.2 2.8
1.257.21452
+??
??=3217.5(KN)
c n c
N
A f μ≥=33217.510/0.914.3??=250000(2mm )
因此取b ×h=600mm ，柱初选截面尺寸为：b ×h=600mm ×600mm 。
（５）板：由《规范》可知，板应按双向板计算，双向板的厚度不宜小于80mm ，
h ≥0101/5072(l mm l =为双向板短跨长度），所以厚为100mm 。
1.3.确定结构计算简图1.3.1三个假设
平面结构假定：
1.每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力；
2.在自身平面内在水平荷载作用下，框架之间不产生相对位移；
3.不考虑水平荷载作用下的扭转计算。1.3.2梁﹑柱惯性矩计算
混凝土C30，72310/C E KN m =?横向边跨框架梁：
i 1=EI/L=7310?×2×1/12×0.3×0.73/7.2=47.1510?（KN·m）横向中跨框架梁：
i 2=EI/L=7310?×2×1/12×0.25×30.5/2.8=45.5810?（KN·m）标准层柱:
i 3=EI/L=7310?×1/12×0.6×0.63/3.6=49.010?（KN·m）底层柱:
i 4=EI/L=7310?×1/12×0.6×0.63/5.3=46.1110?（KN·m）梁﹑柱相对线刚度计算：
令i 3=1.0i 1=0.79，i 2=0.62,4i 0.68=框架计算简图如下图所示：
图2框架计算简图
2荷载标准值计算
2.1恒载标准值计算
2.1.1屋面恒载
小瓷砖层0.55kN/m 二毡三油防水层0.35kN/m2冷底子油两道结合层0.05kN/m2水泥石保温层200mm 1.3kN/m2 1:8水泥炉渣找坡80mm 1.44kN/m2 1:3水泥沙浆找平层20mm0.4kN/m2现浇钢筋混凝土板100mm 2.5kN/m2
板底抹灰20mm0.4kN/m2合计 5.55kN/m2
2.1.2楼面恒载
水磨石地面0.65kN/m2现浇钢筋混凝土板100mm 2.5kN/m2板底抹灰20mm0.4kN/m2合计 3.55kN/m2
2.1.3梁自重
①横向边框架梁初选截面尺寸为：b×h=300mm×700mm
自重：25kN/m2×0.30m×(0.7m-0.1m)=4.5kN/m
抹灰层：0.02×((0.70m-0.10m)×2+0.30m)×17kN/m2=0.51kN/m
合计 5.01kN/m
②横向中间框架梁初选截面尺寸为：b×h=250mm×500mm
自重：25kN/m2×0.25m×(0.5m-0.1)=2.5kN/m
抹灰层：0.02×((0.5m-0.10m)×2+0.25m)×17kN/m2=0.36kN/m
合计 2.86kN/m
③纵向框架梁初选截面尺寸为：b×h=300mm×700mm
自重：25kN/m2×0.30m×(0.7m-0.1m)=4.5kN/m
抹灰层：0.02×((0.70m-0.10m)×2+0.30m)×17kN/m2=0.51kN/m
合计 5.01kN/m
④横向次梁初选截面尺寸为：b×h=300mm×600mm
自重：25kN/m2×0.30m×(0.6m-0.1m)=3.75kN/m
抹灰层：0.02×((0.6m-0.10m)×2+0.30m)×17kN/m2=0.44kN/m
合计 4.19kN/m
⑤基础梁初选截面尺寸为：b×h=250mm×400mm
自重：25kN/m2×0.25m×0.4m=2.5kN/m
合计 2.50kN/m
2.1.4柱自重
框架柱初选截面尺寸为：b×h=600mm×600mm
自重：25kN/m2×0.60m×0.6m=9kN/m
抹灰层：0.02m×0.60m×4×17kN/m2=0.82kN/m
合计9.82kN/m
2.1.5外纵墙自重
①标准层纵墙
自重（3.6m-0.7m-2.1m）×0.25×7.5kN/m3=1.5N/m
合金窗：0.35kN/m2×2.1=0.74kN/m
水刷石外墙面：（3.6m-2.1m）×0.5kN/m2=0.15kN/m
水泥粉刷内墙面：（3.6m-2.1m）×0.36kN/m2=0.54kN/m
合计 3.53kN/m
②底层纵墙
自重（5.3m-0.7m-2.1m-0.4m）×0.25m×7.5kN/m 3=5.25kN/m 铝合金窗：0.35kN/m 2×2.1m=0.74kN/m
水刷石外墙面：（4.2m-2.1m）×0.5kN/m 2
=1.05kN/m
水泥粉刷内墙面：（4.2m-2.1m）×0.36kN/m 2
=0.76kN/m 合计7.40kN/m
2.1.7
女儿墙自重
女儿墙：高为1.4m，100mm 厚混凝土压顶，刷石外墙面0.5kN/m 3
自重：
0.24m ×1.4m ×7.5kN/m 3+25kN/m 3×0.100m ×0.25m+((1.4m+0.1m)×2+0.24m)×0.5kN/m 2
=4.85kN/m 2.2活载标准值计算2.2.1
屋面和楼面活荷载标准值：根据荷载规范查得：上人屋面：2.0kN/m 2
楼面：办公楼：2.0kN/m 2
走廊：2.5kN/m
2
2.2.2
雪荷载：
S k =μr ×S 0=1.0×0.5kN/m 2=0.5kN/m 2
屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值2.0kN/m 2
。
2.3竖向荷载下框架受荷总图2.
3.1
作用在框架梁上的恒载、活载计算
将梯形荷载和三角形荷载等效为均布荷载，楼面荷载按双向板进行荷载等效分配：
图3荷载分配
短向分配：三角形荷载q ,
=5aq/8
长向分配：梯形荷载
q ,
=aq b
a
b a ])2()2(
21[32+-(参见图3)
a 1=1.8m/7.2m=0.25a 2=1.4m/7.2m=0.19
q 1=(1-2×0.252+0.253)q ,=0.89q ,
q2=(1-2×0.192+0.193)q,=0.93q,
2.3.2A～B轴间框架梁
屋面板传荷载：
恒载：5.55KN/m2×(1-2×0.252+0.253)×1.8m×2=17.78KN/m 活载：2.0KN/m2×(1-2×0.252+0.253)×1.8m×2=6.41KN/m 楼面板传荷载：
恒载：3.55KN/m2×(1-2×0.252+0.253)×1.8m×2=11.37KN/m 活载：2.0KN/m2×(1-2×0.252+0.253)×1.8m×2=6.41KN/m 梁自重：5.01KN/m2
所以：A~B轴间框架梁的均布荷载为：
1屋面梁：恒载=梁自重+屋面板传恒载
=5.01KN/m+17.78KN/m
=22.79KN/m
活载=屋面板传活载
=6.41KN/m
2楼面梁：恒载=梁自重+楼面板传恒载+墙自重
=5.01KN/m+11.37KN/m+7.99KN/m
=24.37KN/m
活载=楼面板传活载
=6.41KN/m
2.3.3.B～C轴间框架梁
屋面板传荷载：
恒载：5.55KN/m2×5/8×1.4m×2=9.71KN/m
活载：2.0KN/m2×5/8×1.4m×2=3.5KN/m
楼面板传荷载：
恒载：3.55KN/m2×5/8×1.4m×2=6.21KN/m
活载：2.5KN/m2×5/8×1.4m×2=4.38KN/m
梁自重：2.86KN/m
所以：B~C轴间框架梁的均布荷载为：
①屋面梁：恒载=梁自重+屋面板传恒载
=2.86KN/m+9.71KN/m
=12.57KN/m
活载=屋面板传活载
=3.5KN/m
2楼面梁：恒载=梁自重+楼面板传恒载
=2.86KN/m+6.21KN/m
=9.07KN/m
活载=楼面板传活载
=4.38KN/m
3.2水平地震作用下的框架内力计算
计算步骤(D 值法)
1）求各柱反弯点处的剪力值2）求各柱反弯点高度
3）求各柱的杆端弯矩和梁端矩
4）求各柱的轴力和梁剪力第i 层第m 柱所分配的剪力为/,im im im i i V D V D V W ==∑∑，框架柱反弯点位置y=y0+y1+y2+y33.2.1求各柱的反弯点高度各柱反弯点高度计算如表8所示
表8
A 轴和D 轴框架柱的反弯点位置
层号h/m
i
y 0
y 1
y 2
y 3
y
yh/m
5 3.600.790.300.000.000.000.30 1.084 3.600.790.400.000.000.000.40 1.443 3.600.790.450.000.000.000.45 1.622 3.600.790.500.000.000.000.50 1.801
5.30
1.16
0.63
0.00
0.00
0.00
0.63
3.34
表9B 轴和C 轴框架柱的反弯点位置
层号h/m
i
y 0
y 1
y 2
y 3
y
yh/m
5 3.60 1.410.370.000.000.000.37 1.334 3.60 1.410.420.000.000.000.42 1.513 3.60 1.410.470.000.000.000.47 1.692 3.60 1.410.500.000.000.000.50 1.801
5.30
2.07
0.63
0.00
0.00
0.00
0.63
3.34
3.2.2各柱的柱端弯矩计算
计算出柱的剪力后，就可以求出柱端弯矩，具体见表10
表10各柱的柱端弯矩计算
层号柱号η=D i/∑Di Vj/kN V i/kN yh/m M底M顶
5A(D)0.203
116.17
23.58 1.0825.4759.42 B(C)0.29734.50 1.3345.8978.32
4A(D)0.203
187.14
37.99 1.4454.7082.06 B(C)0.29755.58 1.5183.93116.16
3A(D)0.203
242.24
49.17 1.6279.6697.36 B(C)0.29771.95 1.69121.59137.42
2A(D)0.203
281.47
57.14 1.80102.85102.85 B(C)0.29783.60 1.80150.47150.47
1A(D)0.227
304.99
69.23 3.34231.24135.69 B(C)0.27383.26 3.34278.10163.11
3.2.3梁端弯矩、剪力和柱轴力计算
梁端弯矩、剪力和柱轴力计算方法同3.1.4,计算结果见表10
由以上计算结果绘出水平地震作用下的框架弯矩图、剪力图和轴力图，分别如图9～11所示：
图11地震作用下的轴力图3.3恒载作用下框架的内力计算
采用弯矩(二次)分配法计算恒载作用下框架的内力
3.3.1梁端固端弯矩计算
边跨框架梁中间跨框架梁
顶层±1/12q×L2=±1/12×22.79KN/m×（7.2m）2
=±98.45KN·m
±1/12q×L2=±1/12×12.57KN/m×（2.8m）2
=±8.2KN·m
其它层±1/12q×L2=±1/12×24.37KN/m×（7.2m）2
=±105.28KN·m
±1/12q×L2=±1/12×9.07KN/m×（2.8m）2
=±5.93KN·m
3.3.2用弯矩(二次)分配法计算恒载作用下的框架内力
恒载作用下的弯矩计算采用力矩二次分配法，由于结构对称，可以取半边结构计算其计算。各杆端弯矩计算结果汇总如图12所示再根据弯矩图可得剪力图和轴力图，分别见图13~14。
5框架梁、柱截面设计
非抗震及抗震结构在结构设计上有许多不同之处，其根本区别在于非抗震结构在外荷载作用下结构处于弹性状态或仅有微小裂缝，构件设计主要是满足承载力要求，而抗震结构在地震作用下，为了有良好的耗能能力以及在强震下结构不倒塌，其构件应有足够的延性。要设计延性框架结构，应满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的要求，并进行相应的内力调整，然后用调整后的内力值进行配筋计算。具体见《建筑抗震设计规范》及相关书籍。
梁、柱的控制截面：框架横梁的控制截面是支座截面和跨中截面，当梁跨内有较大集中荷载时，应在集中力作用处再增加一个控制截面；框柱的控制截面在柱的上下端。
5.1框架梁配筋计算：
现以一榀框架为例，说明框架梁的配筋过程。
混凝土C25，纵向钢筋选用HRB400级，
1
α=1.0，f c=11.9N/mm2，
f t =1.27N/mm2，f
y
=360N/mm2，ξ
b
=0.518。
5.1.1跨中正截面配筋
以A2B2梁跨中截面为例，M
max
=104.15kN·m，跨中截面为T型，T型截面翼缘宽度
b
f
＇取值如下：
b f ＇=0011720024003330036001251503625'/0.1,n f l mm mm b s mm
h h ?=?=??
+=+--=??≥??
不予考虑取最小值，故b f ＇=24001判断T 型截面类别：
因为截面弯矩不是很大，截面梁肋宽b 较宽，预计受拉钢筋只需排成一排，故取0h 70035665s h a mm
=-=-='''10100
( 1.011.92400100(665)2
2
f c f f
h f b h h α-
=????-
=max 1756.4104.15KN m M KN m
≥=所以，该截面属于第一类T 形截面
②计算钢筋截面面积A s
：
6
'2210'102
0.75104.15100.0062
1.011.9240066510.0510.518
1.011.924000.0062665327.09360
RE s c f b c f s y M f b h f b h A mm f γααξξαξ??===???=-=<=????===则③验算适用条件：
min 0327.090.164%min 0.2%,0.450.159%0.159%300665s t y A f bh f ρρ????=
==≥===???????
满足最小配筋率要求
选用钢筋216（402mm 2
）5.1.2
支座正截面A 3
M max =-308.20kN·m
受拉钢筋配置在上部，所以框架梁支座截面按矩形截面计算
6
100.75308.20100.146
RE s c M γαα??===??
?10.1590.518
b ξξ=-=<=
则2
10 1.011.93000.159665
1048.54360
c s y f b h A mm f αξ????=
==满足最小配筋率要求
选用钢筋218+220
（1137mm 2）
5.1.3梁端截面组合的剪力设计值调整
四层：
AB 跨：经比较，与地震⑤组合时，剪力设计值较大M A3=95.78KN·m，M B3左=-308.20KN·m，
V A3B3=1.1×（M A3+M B3左）/Ln+V Gb
=1.1×(95.78KN·m+308.20KN·m)/(7.2m-0.3m-0.3m)+1.2×1/2×(24.37KN+0.5×6.41KN)×(7.2m-0.3m-0.3m)=176.53KN BC 跨：经比较，与地震⑤和⑥组合时，剪力设计值一样大
M B3右=97.04KN·m，M C3左=-147.35KN·m，
V B3C3=1.1×（M B3右+M C3左）/Ln+V Gb
=1.1×(97.04KN·m+147.35KN·m)/(2.8m-0.3m-0.3m)
+1.2×1/2×(24.37KN+0.5×6.41KN)×(2.8m-0.3m-0.3m)=158.59KN
一层：
AB 跨：经比较，与地震⑥组合时，剪力设计值较大M A1=-373.45KN·m，M B1左=115.43KN·m，
V A1B1=1.1×（M A1+M B1左）/Ln+V Gb
=1.1×(373.45KN·m+115.43KN·m)/(7.2m-0.3m-0.3m)+1.2×1/2×(24.37KN+0.5×6.41KN)×(7.2m-0.3m-0.3m)=190.68KN
BC 跨：经比较，与地震⑤和⑥组合时，剪力设计值一样大M B1右=111.59KN·m，M C1左=-172.51KN·m，
V B1C1=1.1×（M B1右+M C1左）/Ln+V Gb
=1.1×(111.59KN·m+172.51KN·m)/(2.8m-0.3m-0.3m)+1.2×1/2×(24.37KN+0.5×6.41KN)×(2.8m-0.3m-0.3m)=245.15KN
5.1.4梁抗剪承载力计算
表19梁箍筋计算
位置截面A B左截面B右C左三~五层V（kN）176.53176.53V（kN）158.59158.59一~二层V′（kN）190.68190.68V′（kN）245.15245.15
三~五层(0.2β
c
f
c
bh
)/0.85
=0.20×1.0×11.9×
300×665/0.85
=558600N
>V>V(0.2βc f c bh0)/0.85
=0.2×1.0×11.9×250×465/0.85
=395500N
>V>V
一~二层
>
V′
>
V′
>V′>V′
三~五层(0.42f
t
bh
)/0.85
=0.42×1.27×300×
665/0.85
=125192N
=0.42×1.27×250×465/0.85 =72950N 一~二层 选用φ8双肢箍 AB跨箍筋按构造配筋 箍筋选用：加密区φ8@100 其余部分φ8@200 BC跨三四五层按构造配筋 箍筋选用：加密区φ8@100 其余部分φ8@200 三~五层层： AB跨：A sv /s≥(γ RE V b -0.42f t bh )/1.25f yv h =(0.85×176.53×1000-0.42×1.27×300×665)/1.25×210×665 =0.250 Asv1=50.3mm s=2×50.3/0.250=402mm 故按构造配筋 箍筋选用：加密区φ8@100 其余部分φ8@200 BC跨：A sv /s≥(γ RE V b -0.42f t bh )/1.25f yv h =(0.85×158.59×1000-0.42×1.27×250×465)/1.25×210×465 =0.596 Asv1=50.3mm s=2×50.3/0.596=169mm 故按构造配筋 箍筋选用：加密区φ8@100 其余部分φ8@200一~二层： AB跨：A sv /s≥(γ RE V b -0.42f t b h )/1.25f yv h =(0.85×190.68×1000-0.42×1.27×300×665)/1.25×210×665 =0.319 Asv1=50.3mm s=2×50.3/0.319=315mm 故按构造配筋 箍筋选用：加密区φ8@100 其余部分φ8@200 7基础设计 本计算书中，基础部分为用Tssd30探索者计算得出。7.1基础示意图 基础类型：阶梯柱基计算形式：程序自动计算平面图: 剖面图： 7.2基本参数 1．依据规范 《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002） 《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002） 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 第二章 1．根据使用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和产品收集的要求，过滤操作分为间歇式与连续式两种主要方式。 2.当流体自上而下通过固体颗粒床层时，随着颗粒特性和气体速度的不同，存在着三种状态：固定床、流化床和气体输送。 3.食品乳化液通常有两种类型，即水包油与油包水型。 4.热传递的基本传递方式可以归纳为三种：热传导、热对流和热辐射。 5.以间壁式的热交换器为例，参与热交换的冷热流体被一固体壁隔开。这时，热冷流体之间的热量传递过程是： ①热流体与所接触的固体壁面之间进行对流传热； ②在固体壁内，高温的固体表面向低温的固体表面的热传导； ③固体壁面与其接触的冷流体之间的对流传热。 6.纯金属的热导率λ与电导率λe的关系：λ/λeT=L。热导率的单位为W/（m·K） 7.影响对流传热洗漱的因素很多，主要有： ①流体的状态：液体或气体，以及过程是否有相变，有相变时的对流传热系数比无相变时的对流传热系数大很多； ②流体的物理性质：影响较大的物性有密度、比热容、热导率和黏度等； ③流体的运动状态：层流、过渡流或湍流； ④流体的对流状态：自然对流或强制对流； ⑤传热表面的形状、位置及大小：如管、板、管束、管径、管子长度和排列、放置方式等。 8．冷凝的两种形式是：膜状冷凝和滴状冷凝。 9.影响冷凝传热的其他因素： ⑴蒸汽的流速和流动方向。 ⑵不凝性气体 ⑶过热蒸汽 ⑷冷凝面的高度、布置方式及结构。如在垂直壁面上开若干纵向沟槽，使冷凝水沿沟槽流下，以达到减薄冷凝液膜，提高对流传热系数的目的。 10.流化床中传热的特点： ①固体粒子的热容远较气体为大，因此，热惯性大； ②粒子剧烈运动，粒子与气体之间的热交换强度高； ③剧烈的沸腾运动所产生的对流混合，消灭了局部热点和冷点。 11.黑体：指能全部吸收辐射能的物体。 镜体：指能全部反射辐射能的物体。 透热体：指辐射能全部透过物体。 1.在列管式的换热器中用冷水将其工艺气体从180℃冷却到60℃，气体走壳程，对流传热系数为40W/（m2·K）。冷水走管程，对流传系数为3000W/( m2·K)。换热管束由φ25mm× 2.5mm的钢管组成，钢材的热导率为45W/(m·K)。若视为平面壁传热处理，气体侧的污垢热阻为0.00058 m2·K/W。问换热器的总传热系数是多少？ 解：气体对流传的热阻R1=1／α1=1/40=0.025 m2·K/W 冷却水对流传的热阻R2=1/α2=1/3000=0.00033 m2·K/W 管壁导热热阻R=b/λ=0.0025/45=0.000056 m2·K/W 总传热系数为： 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) 食品工程原理 课程设计说明书米糠油冷却用列管式换热器的设计 姓名：马坦 学号：201111010704 班级：食工1107 2013年12月13日 目录 一、设计依据及指导思想----------------------------------------------------------3 二、主要参数说明-------------------------------------------------------------------3 三、设计计算-------------------------------------------------------------------------5 1、确定设计方案------------------------------------------------------------------5 2、确定物性数据------------------------------------------------------------------5 3、计算总传热系数---------------------------------------------------------------6 4、计算传热面积------------------------------------------------------------------7 5、工艺结构尺寸------------------------------------------------------------------7 6、换热器核算---------------------------------------------------------------------9 1）热量核算--------------------------------------------------------------------9 2）换热器内流体的流动阻力-----------------------------------------------11 3）换热器主要结构尺寸和计算结果总表-------------------------------13 7、离心泵的选择------------------------------------------------------------------13 四、设计结果--------------------------------------------------------------------------16 五、参考文献--------------------------------------------------------------------------16 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) 食工原理课程设计指导书 《食工原理课程设计》指导书 一、课程设计的目的及意义： 现代食品工业要求相关工程技术人员不仅应是一名工艺师，还应当具备按工艺要求进行生产设备的选型配套，生产线的相关工程设计能力。可见，食品科学与工程专业的学生有必要进行工程设计能力的培养和训练。特别是对于本专业毕业时只作毕业论文而不作毕业设计的绝大多数学生来说，这种培养和训练显得尤为重要。 食品工程原理课程设计(以下简称课程设计)是在学完《食品工程原理》后的一个阶段性、实践性教学环节。通过完成某一工程设计任务，培养学生综合运用《食品工程原理》及相关先修课程的基础知识和解决实际问题的工作能力。课程设计要求学生按设计任务书的要求，在规定时间内完成某一涉及食品工程单元项目的设计任务。应予指出，课程设计不象平时做的练习题有一个共同的答案。设计本意上应含有创新思维成分，设计结果以优劣予以评价。课程设计任务书不象习题题目那样给出充分的条件和数据。设计计算中的很多数据往往需要设计者查阅相关手册和资料，进行系统的收集、分析比较和选用，任何一个数据的选定均要说明理，这就需要综合运用所学的各类知识，经过全面、细致地分析和 思考方能确定。课程设计不是一个单纯的解题过程，而应是一个含有创作成分的实践过程。课程设计中不仅要通过调查研究，确定工艺流程及设计方案，所确定的流程和方案应能保证日后的设计、施工和投入运行都能得到完全地实施，即工程的可行性。还要对工艺设备进行选型配套设计计算，编制设计计算说明书，并用工程图将设计结果表达出来，以便指导工程施工。 在课程设计中着重以下几种能力的训练和培养： 1. 培养正确、系统的设计思想，全盘考虑工程设计任务，兼顾技术上的先进性、可行性和经济合理性，以人为本，注意操作者安全及劳动条件的改善和环境的保护，并用这种设计思想去分析和解决实际问题。 2. 培养从生产现场和文献资料中进行调查研究的能力。通过现场调查，参考和分析已建工程的经验和教训，结合本设计的客观实际，确定设计方案。通过查阅资料，选用公式，收集数据，进行具体设计计算。 3. 培养熟练、准确的工程计算能力。 4. 培养用简洁的文字、规范清晰的图表来表达自己设计思想和结果的能力。二、课程设计题目：果汁饮料蒸发浓缩工艺与设备设计 利用双效顺流蒸发器浓缩桔子汁，进料流量为20XXkg/h，固形物质量分数14％，沸点进料，第一效沸点 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 合肥学院 HEFEI UNIVERSITY 食工原理课程设计 题目:甲苯-乙苯连续精馏塔设计 系别: 生物与环境工程系 专业: 12食品科学与工程 学号: 1202061011 姓名: 方平 指导教师: 于宙 二零一四年十月二十七日 目录 第一部分设计任务书 1、设计题目 (5) 2、设计概述 (5) 3、设计内容 (6) 第二部分精馏塔的设计 1 精馏塔的物料衡算 (7) 1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (8) 1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (8) 1.3物料衡算 (8) 2 塔板数的确定 (9) 2.1甲苯、乙苯的温度-组成 (10) 2.2确定操作的回流比R (11) 2.3求操作线方程 (12) 2.4图解法求理论塔板层数 (13) 3 塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算 (14) 3.1操作压力计算 (14) 3.2操作温度计算 (14) 3.3平均摩尔质量计算 (15) 3.4平均密度计算 (15) 3.5液体平均表面张力计算 (18) 3.6液体平均粘度计算 (20) 4 精馏塔的气、液相负荷计算 (22) 4.1精馏段气、液相负荷计算 (22) 4.2提馏段气、液相负荷计算 (22) 5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (23) 5.1塔径的计算 (23) 5.2精馏塔有效高度的计算 (25) 6 塔板主要工艺尺寸的计算 (25) 6.1溢流装置计算 (25) 6.2塔板布置 (27) 7 筛板的流体力学验算 (30) 7.1塔板压降 (30) 7.2液面落差 (32) 7.3液沫夹带 (32) 7.4漏液 (33) 7.5液泛 (33) 8 塔板负荷性能图 (34) 8.1精馏段塔板负荷性能图 (35) 8.2提馏段塔板负荷性能图 (37) 9 精馏塔的设计计算结果汇总一览表 (41) 10 精馏塔接管尺寸计算 (42) 10.1塔顶进气管 (42) 10.2塔顶回流液管 (43) 10.3进料管 (43) 10.4塔釜出料管 (43) 10.5塔釜进气管 (43) 11 主要辅助设备的选型 (44) 11.1冷凝器的设计 (44) 11.1.1确定设计方案 (44) 11.1.2确定物性数据 (44) 11.1.3计算热负荷 (45) （1）壳程液流量 (45) （2）壳程流体的汽化潜热 (45) （3）热负荷 (46) 11.1.4逆流平均温差 (46) 目录 1 食品工程原理课程设计任务书 (1) 2 概述与设计方案的选择 (3) 2.1 概述 (3) 2.1.1 换热器 (3) 2.1.2 换热器的选择 (3) 2.1.3 流动空间的选择 (5) 2.1.4 流速的确定 (5) 2.1.5 材质的选择 (6) 2.1.6 管程结构 (6) 2.1.7 壳程结构 (7) 2.2 设计方案简介 (8) 2.2.1选择换热器的类型 (8) 2.2.2 流体流动空间及流速的确定 (8) 3 工艺及设备设计计算 (9) 3.1 确定物性数据 (9) 计算总传热系数 (9) 3.1.1 热流量 (9) 3.1.2平均传热温差 (9) 3.1.3 冷却水用量 (10) 3.1.4 总传热系数K (10) 3.2传热面积的计算 (10) 3.3工艺结构尺寸 (11) 3.3.1 管径和管内流速 (11) 3.3.2 管程数和传热管数 (11) 3.3.3 平均传热温差校正及壳程数 (11) 3.3.4 传热管排列和分程方法 (11) 3.3.5壳体内径 (12) 3.3.6 折流板数 (12) 3.3.7 接管 (12) 3.4 换热器核算 (12) 3.4.1 热量核算 (12) 3.4.2 换热器内流体的流动阻力 (14) 4 设计结果汇总表 (16) 5 讨论 (17) 参考资料 (18) 结束语 (19) 附录（主要符号说明） (20) 1 食品工程原理课程设计任务书 1.1 设计题目 年处理量为 7.4 万吨花生油换热器的设计； 1.2 操作条件 （1）花生油：入口温度110℃，出口温度40℃； （2）冷却介质：采用循环水，入口温度20℃，出口温度30℃；井水，入口压强0.3MPa 。 （3）每年按330天计，每天24小时连续生产。 （4）花生油定性温度下的物性数据： （5）允许压强降：不大于30kPa 。 （6）换热器热损失：以总传热量的5%计。 （7）油侧污垢热阻0.000176 m 2·K /W ，水侧污垢热阻0.00026 m 2·K /W. 1.3 设计任务 （1）设备型式：列管式换热器； （2）选择适宜的列管式换热器并进行核算； （3）绘制设备工艺条件图，并编写设计说明书。 （4）工艺设计计算包括：选择适宜的换热器并进行核算，主要包括物料衡算和热量衡算、热负荷及传热面积的确定、换热器主要尺寸的确定、总传热系数的校核等。（注明公式及数据来源） （5）结构设计计算：选择适宜的结构方案，进行必要的结构设计计算。主要包括管程和壳 程分程、换热管尺寸确定、换热管的布置、折流板的设置等。（注明公式及数据来源） （6）绘制工艺流程图 绘制工艺流程图一张； CAD 绘制。 （7）编写设计说明书 设计说明书的撰写应符合规范与要求。 1.4 参考书 （1）贾绍义，柴诚敬.《化工原理课程设计》，天津大学出版社； c) w/(m. 14.0c) /(kg. k 22.2c S .a 1015.7kg/m 8450 c 0 pc 4-c 3 c ==?=λμρJ P ＝ 第一章 1-1 烟道气的组成约为N275%，CO215%，O25%，H2O5%（体积百分数）。试计算常压下400℃时该混 合气体的密度。 解：M m =M i y i=×28+×44+×32+×18= m= pM m/RT=×103××103×673)=0.545kg/m3 1-2 已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为和。现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为。 问这一设备若置于成都和拉萨两地，表上读数分别应为多少 解：成都p R=95-8=87kPa（真空度） 拉萨p R=62-8=54kPa（真空度） 1-3 用如附图所示的U型管压差计测定吸附器内气体在A点处的压强以及通过吸附剂层的压强 降。在某气速下测得R1为400mmHg，R2为90mmHg，R3为40mmH2O，试求上述值。 解：p B=R3H2O g+R2Hg g=×1000×+×13600×=（表） p A=p B+R 1Hg g=+×13600×=（表） p=p A-p B=（表） 1-4 如附图所示，倾斜微压差计由直径为D的贮液器和直径为d的倾斜管组成。若被测流体密 度为0，空气密度为，试导出用R1表示的压强差计算式。如倾角为30o时，若要忽略贮液器内 的液面高度h的变化，而测量误差又不得超过1%时，试确定D/d比值至少应为多少 D α d R 1 R 1 p 2 p h ρ 解：由静力学方程p=R(0-)g=R1sin(0-)g=R1(0-)g/2 (1) 若忽略贮液器内液面高度的变化，则斜管内液位为：R’=R-h 液柱长度：R1’=R1-h/sin=R1-2h p’=R ’(0-)g=R1’(0-)g/2=(R1/2-h)(0-)g 又D2h/4=d2R1’/4 即h=R1(d/D)2/[1+2(d/D)2] 所以p’=R1(0-)g/[2+4(d/D)2] (2) 相对误差为 (p-p’)/p≤ 代入式（1）和（2）： (p-p’)/p=1-1/[1+2(d/D)2]≤ 《食工原理课程设计》任务书 （2009级食品专业学生适用） 一、设计题目：（从以下题目中选做一个） 1、果汁蒸发浓缩工艺流程设计 2、果汁预热器设计 3、果汁蒸发器设计 4、浓缩果汁贮罐设计 5、换热器设计 二、设计条件： 1、题1-4的设计条件： 在真空双效顺流蒸发设备中将番茄汁从固形物质量分数4.3％浓缩到28％，进料流量为1.39kg/s ，番茄汁进入预热器的温度为25℃，用水蒸汽将其加热后以沸点进料（即以沸点进入第一效蒸发器）。第一效沸点60℃，加热蒸汽压力为118kPa ；冷凝器真空度为93 kPa 。末效出料中固形物质量分数为28％。第一效采用自然循环，总传热系数为900W/(m 2.K)；第二效采用强制循环，总传热系数为1800W/(m 2.K)。除效间流动温差损失（0.5～1.5K ）外，其它温差损失忽略不计，各效热利用因数为0.98，固形物比热容忽略不计。蒸发浓缩后的番茄汁经过水冷却器冷却到30℃后泵入成品贮罐。 2、题5的设计条件： 某生产过程的流程如图所示，反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混和气体的流量为227301㎏/h ，压力为6.9MPa ,循环冷却水的压力为0.4MPa ，循环水的入口温度为29℃，出口温度为39℃ ，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 物性特征： 混和气体在35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 31/90m kg =ρ，定压比热容 1p c =3.297kj/kg ℃ 热导率 1λ=0.0279w/m ，粘度 Pas 51105.1-?=μ 食品工程原理课程设计 管壳式冷凝器设计 201930500930 指导教师副教授 学院名称食品学院专业名称食品科学与工程班级19食品科学与工程2班提交日期2019年06月05日 食品工程原理课程设计任务书（2017春） 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的制冷剂(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。 =学生学号最后2位数×100（kw）； 三、设计条件：1．冷库冷负荷Q 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，每班分别可取进口水温度: 21～25℃（1班）、6～10℃（2班）、11～15℃(3班)、 16～20℃（4班）、1～5℃（5班）； 4．传热面积安全系数5~15%； 四、设计要求：1．对确定的工艺流程进行简要论述； 2．物料衡算、热量衡算； 3. 确定管壳式冷凝器的主要结构尺寸； 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（任务书）； 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（包 括校核）；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、管壳式冷凝器的结构图（3号图纸）、及花板布置图 （3号或4号图纸）。 目录 1 前言 (1) 1.1 设计意义 (1) 1.2 文献综述 (1) 2 工艺说明及流程示意图 (2) 2.1 制冷系统的工艺流程 (2) 2.2 制冷过程的压焓图 (2) 3 流程及方案的说明及论证 (3) 3.1 冷凝器型式的选择 (3) 3.2 制冷剂的选择 (3) 3.3 流体流入空间的选择 (4) 3.4 流速的选择 (4) 3.5 冷却剂的进出口温度的确定 (4) 3.6 制冷剂蒸发温度T0、冷凝温度Tk、过冷温度Tu、过热温度Tn的确定 (4) 3.7 管体材料及管型的选定 (4) 4 设计计算及说明 (5) 4.1 冷凝器的选型计算 (5) 4.1.1 冷凝器的热负荷QL (5) 4.1.2 冷凝器的传热面积F (5) 4.1.3 冷凝器冷却水用量M (5) 4.1.4 单程管数 (5) 4.1.5 管程数m (6) 4.1.6 总管数NT(多管程) (6) 4.1.7 管子在管板上的排列方式、管心距a及偏转角a (6) 4.1.8 壳体直径D (6) 4.1.9 壳体厚度S (7) 4.2 校验计算 (7) 4.2.1 雷诺数Re (7) 4.2.2 传热系数 K (7) i 4.2.3 安全系数的计算（以内表面积为基准） (9) 4.2.4 长径比的验算 (9) 4.3 其它计算 (9) 4.3.1 热量衡算 (9) 4.3.2 制冷系数的比较 (10) 4.3.3 阻力计算 (10) 5 冷凝器主体结构图 (11) 6设计数据结果概要表 (12) 7 对设计的评价及问题讨论 (13) 附表：主要符号表 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16) 食品工程原理课程设计讲稿与教案 教师：杨保求 一．食品工程原理课程设计的目的、性质、内容和任务 食品工程原理所研究的是食品工业生产过程中的单元操作的基本原理、基本规律、及常用设备的设计计算的方法。不仅要求同学们学会和掌握这些知识，而且更重要的是学会如何利用这些知识去解决工程的实际问题。 （一）、课程设计的性质 实验、习题、课程设计都是运用基础理论知识解决工程实际问题的有效实践过程，但是，课程设计和习题等有不同之处： 1、课程设计不仅要进行一系列的计算，而且还要确定工艺流程，确定保证工艺过程正常进行的措施，确定对过程进行检查和调节的方法，此外，还须对设备的结构进行安排和计算，并且用工整的图形把这些结果表达出来，设计的全过程是一个进行充分分析、论证的过程，设计结束要编写出有计算、有论述的技术文件—说明书。 2、设计任务书所提供的数据与习题相比是不充分的，不完全的，某些数据要同学们自己确定或通过查资料、手册获得。 （二）、课程设计的内容和任务 对于工程技术人员来说，应该具备这样三个基本的能力：综合知识的能力、运用知识解决工程实际的能力、全面分析问题的能力。通过课程设计，可以培养同学们这些方面的能力，培养同学们利用和查阅资料的能力培养同学们的工程技术观念。 二、课程设计的主要内容 食品工程设计的面非常广泛，包括了工艺、机械、自动控制、电气运输、土建、给排水、采暖通风、三废处理以及技术经济分析等，但食品工程设计的核心是工艺设计，课程设计主要完成食品工艺设计中的部分内容。（包括五个方面）。 （一）、方案设计 方案设计的任务是确定生产方法及生产流程，是全部工艺设计的基础。 借鉴有关设计文件，拟定一个流程方案，然后进行定量的工程计算、比较、最后确定一个合适的流程，确定主体设备的及其主要元件、布置流程图。方案设计时应采用优化设计的方法，一个最佳设计方案的标准是：设计成果符合优质、高产、安全、低消耗的原则，即在保质保量的前提下经济效益最佳，尽量采用新科技。课程设计适应注意： 1、满足工艺和操作的要求 1-10.用泵将密度为1 081kg/m3、黏度为1.9mPa?s 的蔗糖溶液从开口贮槽送至高位，流量 为1.2L/s 。采用1英寸镀锌管，管长60m ，其中装4个90°弯头。贮槽内液面和管子高位出口距地面高度分别为3m 和12m ，管出口表压力为36kPa,泵的效率为0.60。求泵的功率。 m/s 37.20254.0785.00012.02=?== A q u v 4 104.30019.01081 37.20254.0Re ?=??= = μ ρ du ε/d = 0.20/25.4 = 0.0079 查摩擦因数图：λ= 0.038—0.042 J/kg 214237.2)5.0475.00254.060042.0(2)(2 2=?+?+?=+=∑∑u d l h f ζλ ∑=+++?=++?+?=J/kg 338214237.2108136000981.922 2f h u p z g w ρ W 43810810012.0338=??===ρv m e wq wq P P = Pe /η = 438/0.6 = 730W 1-12 将密度 985kg/m3,黏度1.5m Pa?s 的葡萄酒用泵从贮槽送至蒸馏釜，管路为内径 50mm 的光滑不锈钢管，全长50mm ，其间有3个90°弯头和一个控制流量的截止阀。贮槽内液面高出地面3m,进蒸馏釜的管口高出地面6m, 两容器内皆常压，泵安装在靠近贮槽的地面上。若流量为114L/min ，此时经截止阀的压力降为86kPa,求泵出口处的压力和泵的有效功率。 qv = 0.114/60 = 0.0019m3/s m/s 97.005.0785.00019.02=?== A q u v 4 102.3015.0985 97.005.0Re ?=??= = μ ρ du 024.0)102.3(3164.0Re 3164.025 .0425.0=?== λ 1-2间衡算： ∑∑?++=ρ ζλf f p u d l h 2)(2 J/kg 10098586000 297.0)15.0375.005.050024.0(2=+?++?+?=∑f h ∑=+-?=+?=J/kg 130100)36(8.9f h z g w 食品工程原理课程设计说明书 列管式换热器的设计 姓名： 学号： 班级： 年月日 目录 一、设计任务和设计条件 (3) 1、设计题目 (3) 2、设计条件 (3) 3、设计任务 (5) 二、设计意义 (6) 三、主要参数说明 (6) 四、设计方案简介 (9) 1、选择换热器的类型 (9) 2、管程安排 (9) 3、流向的选择 (10) 4、确定物性系数据 (10) 五、试算和初选换热器的规格 (11) 1、热流量 (11) 2、冷却水量 (11) 3、计算两流体的平均温度差 (11) 4、总传热系数 (11) 六、工艺结构设计 (12) 1、计算传热面积 (12) 2、管径和管内流速 (12) 3、管程数和传热管数 (12) 4、平均传热温差校正及壳程数 (13) 5、传热管排列和分程方法 (14) 6、壳体内径 (14) 7、折流板 (14) 8、接管 (15) 9、热量核算 (15) 10、换热器主要结构尺寸和计算结果如下表： (20) 七、参考文献 (21) 八、浮头式换热器装配图 (22) 一、设计任务和设计条件 1、设计题目 列管式换热器设计 2、设计条件 ①设计内容 设计内容某生产过程中，需将6400kg/h的牛奶从140℃冷却至50℃，冷却介质采用循环水，循环水入口温度20℃，出口温度为40℃。允许压降不大于105Pa。试设计一台列管式换热器并进行核算。 牛奶定性温度下的物性数据： 密度1040kgm-3；黏度 1.103*10-4Pas；定压比热容2.11kJ/(kg ℃)；热导率0.14W/(m ℃) 完成 日期 年月日 ②设计要求 序 号 设计内容要求 1 工艺计算热量衡算，确定物性数据，计算换热面积 食品工程原理课程设计说明书 设计题目：番茄双效并流加料蒸发装置设计 姓名：严锋 班级：食品科学与工程三班 学号：20134061324 指导教师：张春芝 日期：2015.6.7 目录 1.设计题目: (3) 2.任务书 (3) 2.1设计任务及操作条件 (3) 2.2设计项目 (3) 3.蒸发工艺设计计算 (4) 3.1各效蒸发量及完成液液浓度估算 (4) 3.1.1总蒸发量的计算 (4) 3.1.2加热蒸汽消耗量和各效蒸发量 (4) 3.2多效蒸发溶液沸点和有效温度 tΔ差的确定 (6) 3.3根据有效传热总温差求面积 (8) 3.3.1则重新分配温差 (9) 3.3.2计算各效料液温度 (9) 3.4温差重新分配后各效蒸汽的参数 (9) 3.5计算结果列表 (11) 4. 蒸发器的主要结构尺寸设计 (11) 4.1加热管的选择和管数的初步估算 (12) 4.2循环管的选择 (12) 4.3加热室直径及加热管数目的确定 (13) 4.4分离室面积的确定 (14) 4.5蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图 (17) 5．蒸发装置的辅助设备 (18) 5.1汽液分离器 (18) 5.2蒸汽冷凝器 (18) 6. 工艺计算汇总表 (19) 7. 对本设计进行评述 (19) 参考文献 (20) 1.设计题目: 番茄双效并流加料蒸发装置设计 2.任务书 2.1设计任务及操作条件 含固形物6%（质量分率，下同）的鲜牛乳，拟经双效真空蒸发装置进行浓缩，要求成品浓度为25%，原料液温度为第一效沸点（60℃），加热蒸汽压力为300kPa(表)，冷凝器真空度为93kPa，日处理量为19吨/天，日工作时间为8小时，试设计该蒸发过程。 假定采用中央循环管式蒸发器，双效并流进料，效间流动温差损失设为1K，第一效采用自然循环，传热系数为900V/(m2·k)，第二效采用强制循环，传热系数为1800V/(m2·k)，各效蒸发器中料液液面均为1m，各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出，并假设各效传热面积相等，忽略热损失。 2.2 设计项目 2.1写出设计计算书（计算过程及计算结果尽量表格化）。 2.2蒸发器的工艺计算：确定蒸发器的传热面积。 2.3蒸发器的主要结构尺寸设计。 2.4主要辅助设备选型，包括气液分离器及蒸汽冷凝器等。 2.5绘制蒸发装置的流程图及蒸发器设备工艺简图。 第一章 1-1 烟道气的组成约为N 275%，CO 215%，O 25%，H 2O5%（体积百分数）。试计算常压下400℃时该混合气体的密度。 解： M m =∑M i y i =0.75×28+0.15×44+0.05×32+0.05×18=30.1 ρm =pM m /RT =101.3×103×30.1/(8.314×103×673)=0.545kg/m 3 1-2 已知成都和拉萨两地的平均大气压强分别为0.095MPa 和0.062MPa 。现有一果汁浓缩锅需保持锅内绝对压强为8.0kPa 。问这一设备若置于成都和拉萨两地，表上读数分别应为多少？ 解：成都 p R =95-8=87kPa （真空度） 拉萨 p R =62-8=54kPa （真空度） 1-3 用如附图所示的U 型管压差计测定吸附器内气体在A 点处的压强以及通过吸附剂层的压强降。在某气速下测得R 1为400mmHg ，R 2为90mmHg ，R 3为40mmH 2O ，试求上述值。 解： p B =R 3ρH2O g +R 2ρHg g =0.04×1000×9.81+0.09×13600×9.81=12399.8Pa （表） p A =p B +R 1ρHg g =12399.8+0.4×13600×9.81=65766.2Pa （表） ?p =p A -p B =65766.2-12399.8=53366.4Pa （表） 1-4 如附图所示，倾斜微压差计由直径为D 的贮液器和直径为d 的倾斜管组成。若被测流体密度为ρ0，空气密度为ρ，试导出用R 1表示的压强差计算式。如倾角α为30o时，若要忽略贮液器内的液面高度h 的变化，而测量误差又不得超过1%时，试确定D /d 比值至少应为多少？ D α d R 1 R 1 p 2 h ρ 解： 由静力学方程 ?p =R (ρ0-ρ)g =R 1sin α(ρ0-ρ)g =R 1(ρ0-ρ)g /2 (1) 若忽略贮液器内液面高度的变化，则斜管内液位为：R ’=R -h 液柱长度： R 1’=R 1-h /sin α=R 1-2h ?p ’=R ’(ρ0-ρ)g =R 1’(ρ0-ρ)g /2=(R 1/2-h )(ρ0-ρ)g 又 πD 2h /4=πd 2R 1’/4 即 h =R 1(d /D )2/[1+2(d /D )2] 所以 ?p ’=R 1(ρ0-ρ)g /[2+4(d /D )2] (2) 相对误差为 (?p -?p ’)/?p ≤0.001 代入式（1）和（2）： (?p -?p ’)/?p =1-1/[1+2(d /D )2]≤0.001 解得： d /D ≤0.02237 即 D /d ≥44.7 食品工程原理课程设计说明书 甲醇、水填料精馏塔的设计 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 目录 一、设计任务书 (3) 二、设计方案简介 (3) 三、工艺计算 (5) 1．基础物性数据 (5) （1）液相物性的数据 (5) （2）气相物性数据 (5) （3）气液相平衡数据 (5) （4）物料衡算 (6) 2．填料塔的工艺尺寸的计算 (7) （1）塔径的计算 (7) （2）填料层高度计算 (9) （3）填料塔附属高度及总高计算 (11) （4）填料层压降计算 (11) （5）液体分布器简要设计 (12) （6）吸收塔接管尺寸计算 (13) 四、设计一览表 (13) 五、主要符号说明 (14) 六、参考文献 (15) 七、附图…………………………………………………………………………… 食品工程原理课程设计任务书 设计题目：分离甲醇-水混合物的填料精馏塔 第一章流程的确定和说明 一、加料方式 加料方式有两种，高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通过控制液位高度，可以得到稳定的流量和流速。通过重力加料，可以节省一笔动力费用。但由于多了高位槽，建设费用相应增加，采用泵加料，受泵的影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，从而影响了传质效率，但结构简单、安装方便；如采用自动控制泵来控制泵的流量和流速，其控制原理较复杂，且设备操作费用高。本次实验采用高位槽加料。 二、进料状况 进料状况一般有冷夜进料、泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定，对分离有利，节省加料费用。但冷液进料受环境影响较大，对于沈阳地区来说，存在较大温差，冷液进料会增加塔底蒸汽上升量，增大建设费用。采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响。综合考虑，设计上采用泡点进料。泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等，股精馏段和提馏段塔径基本相等，制造上较为方便。 三、塔顶冷凝方式 塔顶冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反应，且容易冷凝，故使用全凝器。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却，此次分离也是希望得到甲醇，选用全凝器符合要求。 四、回流方式 回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小型塔，回流冷凝器一般装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支撑结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较难。如果需要较高的塔处理量或板数较多时，回流冷凝器不宜安装在塔顶。而且塔顶冷凝器不宜安装、检修和清理。 在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上升蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。 五、加热方式 加热方式分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热直接由塔底进入塔内。由于重组分是水，故省略加热装置。但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流液有稀释作用，使理论塔板数增加，费用增加。间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化。上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质，其优点是使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板食品工程原理课程设计说明书11111
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