《壳管式冷凝器.ppt设计规范》

《食品工程原理》课程设计管壳式冷凝器设计手册山东万和制冷设备目录设计任务书..................... ...................................................…1原理图过程…………………………………………………………………………………………………………………… 2………………3设计计算………………………………………………………………5设计计算………………………………………… ……………………9设计摘要表…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… ……………………13）…………………………………………13设计任务书I.设计主题: 管壳式冷凝器的设计II. 设计任务: 设计冷压缩机压缩的制冷剂（氨）由过热蒸汽冷却，冷凝成过冷液体，然后送至冷库蒸发器使用. 3.设计条件: 1.冷库冷负荷Q0 = 1500KW 2.高温库，工作温度0〜4℃，采用再生循环3.冷凝器以河水为冷却剂，进水温度可为25〜28℃4 . 传动热面积安全系数5〜15％4.设计要求: 1.简要讨论确定的工艺流量2.物料平衡和热量平衡3.确定壳管式冷凝器的主要结构尺寸4.计算电阻5. 编译设计手册6.绘制工艺流程图，管壳式冷凝器和花板布局图的工艺，送至冷库蒸发器中使用.

所涉及的压缩制冷机主要由蒸发器，压缩机，冷凝器和膨胀阀组成. 制冷过程可分为四个阶段: 压缩，冷凝，膨胀和蒸发，如下图所示: 实际制冷循环压力焓图由于过程设计使用氨气回热循环，因此制冷过程中的实际压力焓图如图1所示. 制冷循环如下: 在回热循环中1 -2-2'- 3'- 3-4-1: 线1-2: 绝热可逆压缩（等熵）. 2-3行: 等压冷却，冷凝和过冷过程. 其中，2-2'冷却（至饱和蒸汽）（等压）； 2'-3'冷凝（等压，等温）; 3'-3-过冷（等压）. 第3-4行: 节流膨胀（等焓）. 4-1行: 蒸发（等压，等温）. 设计方案1.冷凝器的选择比较了几种常用的水冷式冷凝器，并选择了卧式管壳式冷凝器，因为其传热系数大，操作管理方便，经济成本低. 目前，大中型氨制冷系统和氟利昂制冷系统大多采用这种冷凝器，具有一定的通用性. 表1常用冷凝器的比较2.制冷剂的选择工业中已经采用了许多制冷剂. 目前，通常使用氨（NH 3），氟利昂-12（CF 2 Cl 2），氟利昂-22（CHF 2 Cl）等. 氨是具有良好的热力学性质和热物理性质的被广泛使用的中温制冷剂. 在常温和常温范围内压力相对适中，并且每单位体积的冷却能力大. 在相同的制冷量下，系统中制冷剂的循环量小，氨的黏度小，流阻小，产热性能好，在容器内不发生冰堵现象制冷系统.

尽管氨对人体有剧毒，但氨确实具有强烈的刺激性气味. 因此，很容易进行测试，但已成为安全的保证. 从环境保护的角度来看，氨远远优于氟利昂制冷剂. 因此，选择氨作为制冷剂. 3.流体流入空间的选择在流体流入空间的方案中，冷却剂（河流水）流经管道侧，制冷剂（氨水）流经壳体侧. 原因是: 1.不干净或易结垢的物料应流过易于清洁的一面，使用相对较脏的河水作为冷却液，加热时容易结垢，并且易于在流量管中清洁； 2.冷却液流过管子，可以控制适当的流量，以确保较高的传热系数； 3.饱和蒸汽一般应进入壳程；为了排出冷凝水，使蒸汽更清洁； 4.冷却后的物料一般会通过壳体一侧，以进行散热，可减少冷却液用量. 4.基本数据参数的选择1.流量流量大，K值增加，所需的传热面积减少，设备投资减少，但是增加的流量会相应地增加流动阻力，从而增加功耗，即运行成本. 根据工业上常用的流速u = 0.5〜3m / s，并应使雷诺数Re> 104尽可能大，[1]估算后，流速选择为1.25m / s. 这个方案. 2.冷却水的进，出口温度，因为使用河水作为冷却水，所以进水温度可以为25〜28℃，进水温度t1 = 26℃. 进水口和出水口之间的温差会导致用水量增加和运行成本增加，因此将出水温度选择为t2 = 34℃.

3. 冷凝温度和过冷温度根据冷凝温度tk必须高于冷却水出口温度t2，而tk-t1可以取7〜14℃[1]，因此选择tk = 37℃. 根据过冷温度tu低于冷凝温度tk 3-5℃[1]，因此tu = 34℃. 4.冷库温度和蒸发温度在使用空气作为制冷剂的冷库中，冷库的工作温度为0〜4℃，选择冷库温度为2℃，根据蒸发温度t0应为8〜12低于制冷剂[2]℃，选择取t0 = -8℃. 5.与河水有关的数据作为冷却剂的河水的平均温度为（26 + 34）/ 2 = 30℃管壳式冷却器，其相关物理性质可以从表[2]中获得: p = 4.747（kPa）ρ= 995.7（kg / m3）H = 125.69（kJ / kg）cp = 4.174（kJ / kg·K）λ= 61.71×10-2（W / m·K）η= 80.12×10-5（Pa·s） 6. 钢管的选择传热管道的尺寸选自ф38×2.5mm无缝钢管管壳式冷却器，其导热系数λ= 45.4W /（m？K）. 设计计算在冷凝器的热负荷类型中: -冷凝器的热负荷；-冷却能力，因需要而定= 1500kW；-系数，与蒸发温度，冷凝温度，气缸冷却有关方法和制冷剂类型，请看表1]. 2.在估算冷凝器传热面积的公式中: F-冷凝器传热面积，m2； -冷凝器的热负荷，W； K—传热系数； —平均传热温度差，℃； q — —单位面积的热负荷，卧式壳管式（氨）冷凝器的热特性q可以取4000到5000，且q = 4800； 3.冷却水消耗量公式: -冷凝器的热负荷，kW； -冷却水的恒压比热容；因为冷却液是从河水中提取的.

-冷却水的恒压比热；因为冷却液是取自河水的性质. ，-进出冷凝器的冷却水温度，℃. 4.式中的管数和管数: V-流体在管中的体积流量，V = 0.054; d-管的内径，u-流体的流速，u = 1.25m / s；按单程冷凝器计算，管束的长度为L，因为冷凝器的长径比有一定要求，一般为L / D = 3〜8. 如果根据单程L太长设计并且超过了上述的长径比，通常可以通过多次通过来解决. 管段数为m，则公式为: L——按一遍计算的管长，m； l——单程选择的管长，m；考虑到管道的合理利用，管道的一般工厂规格为6m长，因此取l = 6m. 采用12管通后，冷凝器管总数为: 5. 管中心距离和偏转角管板上的两个管的中心距离a成为管中心距离. 管芯距离的大小应考虑到管板的强度和清洁管外表面所需的间隙，这与将管固定在管板上的方法有关. 根据生产实践经验，当管子的外径d0 = 38mm时，a = 48mm时，水平冷凝器的壳侧是蒸汽凝结，且管子以规则的三角形排列，以减小柱管上的液膜和液膜的厚度，当管板在设备中时，其轴线应与设备的水平轴线偏转一定角度α. 从表中可以发现，α可以取7°，即当管外径d0 = 38mm时，a = 48mm，α= 7°. 6.壳径和壳厚公式: D壳内径，mm； a管中心距离，mm，a = 48mm; b-最外六边形对角线（或同心圆直径）可以通过查找表b = 27来获得表上的管数. e——最外面的六角形管的中心到壳体内壁的距离.

通常，选择. 式中: S壳壁厚，cm；操作期间的P内部压力（表压）； tk为定性温度，可从压力焓图找到: P absolute = 1.605×106Pa = 160.5 N / cm2，然后: P表压= 160.5-10.1 = 150.4 N / cm2. -材料的允许应力，钢管= 9810N / cm2； -焊接系数，双面焊接= 0.85 C——腐蚀裕度，其值在（0.1〜0.8）cm之间，视流体腐蚀而定；因为氨的腐蚀性相对较高，所以取C = 0.7cm（壳的内径），应将壳直径的计算值四舍五入到最接近的颁布标准尺寸，即= 1400mm = 140cm是设计壳的壁厚大于最小壁厚，符合要求. 同时，冷凝器的长径比L / D = 6000/1420 = 4.23，满足L / D = 3〜8的要求. 7.制冷循环相关参数使用再生循环[2]可以获得氨的制冷循环，其相应的焓值为: h1 = 1430KJ / Kg h2 = 1620KJ / Kg h2，= 1400KJ / Kg h3，= 350KJ / Kg h3 = 190KJ / Kgh4 = 190KJ / Kg单位制冷量: 制冷循环能力: 制冷系数: 设计计算传热系数管内冷却水的传热膜系数（αi）: αi=0.023Re0.8Prnλ/ d其中: λ——导热系数，W / m ·K； Cp——水的比热，kJ / kg·K； n ——0.4加热时，Pr ——Prandter数； d-管子内径，m.

= =×= 4927.2 W / m2·K管道外制冷剂的凝结膜系数（α0）: 式中: λ——凝结物导热系数，W / m·K； ρ——凝结水密度，kg / m3； r——氨气冷凝潜热，kJ / kg； μ——凝结物粘度，Pa·s； d0-管子的外径，m； N-水平管束上下重叠的平均行数； ΔT——氨气饱和温度与壁温的差. 从表中可以看出，氨气的饱和温度为38℃，ΔT= 38-（t1 + t2）/ 2 = 38-（26 + 34）/ 2 = 8℃. 冷凝液的定性温度tf =tk-ΔT/ 2 = 37-8 / 2 = 33°C. 从书中可以看出[5]: ρ= 591kg / m-3，r = 1107.5kJ / kg， μ= 130×10-6 Pa·s，λ= 0.45W / m·K，N = 0.6 = 0.6×6120.5 = 14.84以15的整数作为管的外表面积作为参考: 其中: -管外制冷剂冷凝膜系数;-管内冷却水传热膜系数;-基管的外表面积;-内基管的表面积，-基部的平均表面积-管壁厚0.0025m； -管壁导热系数，钢的导热系数为45.4； -污垢的制冷剂侧热阻，水侧水垢层的热阻；水侧水垢层的热阻包括由锈，水垢和其他水垢引起的附加热阻，其大小与冷却水的水质，水流和管道的速度等因素有关.

有一个查询表. 4.传热面积的计算凝结传热的平均温差（）: 理论传热面积: 实际传热面积: 传热面积的安全系数（ε）: 安全系数在5-15％的范围内，符合要求. 5，在阻力计算公式中: λ——管道的摩擦阻力系数，在完全湍流的条件下，钢管； Z——冷却水流量，Z = 12； L——每根管子的有效长度，L = 6m； d——管子的内径，d = 0.033m； u——管内冷却水的流速，u = 1.238m / s； g——重力加速度————局部阻力系数，近似为. 冷凝器类型水平管壳入口温度26℃制冷剂氨出口温度34℃换热管型号φ38×2.5无缝钢管蒸发温度-8℃管长6m冷凝温度37℃每层管数51过热温度-7℃管通过12次过冷温度34℃总管数612平均温差6.16℃管布置正三角形布置冷负荷1500 kW管中心距离48mm热负荷1800 kW偏心角7°流速1.238m / s壳体内径1400mm Re50780壳体壁20mm厚冷却水消耗0.054m3 / s长径比4.23单位制冷量1240kJ / kg管板壁厚8mm制冷循环量1.452kg / s挡板厚度8mm冷却系数9.47总挡板10传热系数（管外） 726.74W / m2K冷却水阻力8.04m H2O安全系数9.04％设计ev评估与讨论本设计中选择的方案基本满足过程和操作要求，从经济角度来讲也是可行，合理的.

此设计的最大缺点可能是冷却水的阻力. 由于管道长度和直径较大，水柱的阻力高达8米，这会对运行和经济性产生一定的影响. 此设计是独立设计，并且大多数相关知识都是基于理论选择以及首次接触，因此某些参数和材料的选择只能依靠书籍或其他书籍的经验，这不可避免地会导致某些设计中的缺陷细节. 甚至重要的细节. 例如，要查找处于特定状态的物质的物理性质，就无法找到准确的参数. 您只能在一定范围内进行选择，甚至可以根据以前的经验进行估算，从而大大提高了出现缺陷的可能性. 该设计反复修改和计算了一些参数，主要是传热面积的安全系数，并发现并验证了计算中的最小差异，即数千英里的真实情况，尽管此设计中仍然存在许多漏洞，但是至少它加强了设计的严格态度和细致性，并且正在训练独立的思维，决定性地选择和验证其假设以及进一步选择更合适的解决方案. 简而言之，我个人认为本课程设计基本符合教学要求，并借此机会向老师和学院表示敬意和感谢. 参考文献[1]李艳，宋宪良，主编. 《食品工程原理》课程设计（管壳式冷凝器设计）指南. 华南农业大学印刷厂，2006 [2]李云飞，葛克山主编. 食品工程原理. 北京: 中国农业大学出版社. 2002 [3]马昌伟，曾明勇主编. 食品技术入门. 北京: 中国农业大学出版社. 2002 [4]钱松文主编. 换热器设计手册. 北京: 化学工业出版社.2002 [5]严其森，主编. 制冷技术及其应用. 北京: 中国建筑工业出版社. 2006感谢您对山东万和制冷设备sdwhzl的关注* * *仅作评估. 使用Aspose.Slides创建. NET 3.5客户端配置文件5.2.0.0. 版权所有2004-2011 Aspose PtyLtd. 仅用于评估. 使用Aspose.Slides为.NET 3.5客户端配置文件5.2.0.0创建. 版权所有2004-2011 Aspose PtyLtd. 仅用于评估. 使用Aspose.Slides为.NET 3.5客户端配置文件5.2.0.0创建. 版权所有2004-2011 Aspose PtyLtd. 仅用于评估. 使用Aspose.Slides为.NET 3.5客户端配置文件5.2.0.0创建. 版权所有200 4-2011 Aspose Pty Ltd.仅评估. 使用Aspose.Slides为.NET 3.5客户端配置文件5.2.0.0创建. 版权所有2004-2011 Aspose PtyLtd. 仅用于评估. 使用Aspose.Slides为.NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0创建. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.冷凝器类型的优缺点适用范围立式壳管式1.可以安装在室外露天环境，节省机房面积； 2.易于清洁； 3.氨气泄漏很容易找到.

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