食品工程原理课程设计-管壳式冷凝器设计(16)

管

壳

式

冷

凝

器

设

计

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目录

设计题目 (2)

流程示意图 (2)

流程及方案的说明和论证 (2)

设计方案的计算及说明（包括校核） (4)

主体设备结构图 (9)

设计结果概要表 (9)

设计的评价及问题讨论 (10)

参考文献 (11)

一．设计题目：管壳式冷凝器设计．

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。

三．流程及方案的说明和论证

1·流体流入空间的选择

本设计采用河水为冷却剂，河水比较脏和硬度较高，受热后容易结垢。同时，氨走壳程也便于散热，从而减少冷却水的用量。因此，为方便清洗和提高热交换率，冷却水应走管程，氨制冷剂应走壳程。

2·流速的选择

查得列管换热器管内水的流速，管程为～3m/s，壳程～s[2]；根据本设计制冷剂和冷却剂的性质，综合考虑冷却效率和操作费用，本方案选择流速为s。

3·冷却剂适宜温度的确定及制冷剂蒸发温度，冷凝温度，过热温度和过冷温度。

本设计冷却剂的进口温度为25～28℃[2]，可取为26℃。而一般卧式管壳式冷凝器冷却剂的进出口的温度之差为4～10℃，本方案取为6℃，所以出口温度为32℃。

冷库温度为0～4℃本设计取0℃，蒸发温度一般比库内空气低8～12℃本设计取t0=-10℃

冷凝温度可取7～14℃本设计取35℃

过冷温度比冷凝温度低3～5℃本设计取32℃

过热温度比蒸发温度高3～5℃本设计取1℃

4·冷凝器的造型和计算

4．1 水冷式冷凝器的类型

本次设计是以河水为冷却剂，本人选择氨高效卧式冷凝器为设计对象。此冷却系统的原理是将压缩机排出的高温、高压氨气等压冷凝成液体，在冷库中蒸发，带走待冷物料的热量，起到冷却物料的效果。

本方案采用F—22为制冷剂，F—22化学式为CHF2Cl，名称为二氟一氯甲烷，标准沸点为—℃，凝固温度为—160℃，不燃烧，不爆炸，无色，无味。冷凝器型式的选择：本方案采用卧式壳管式冷凝器。卧式管壳式水冷凝器的优点是：

1、结构紧凑，体积比立式壳管式的小；

2、传热系数比立式壳管式的大；

3、冷却水进、出口温差大，耗水量少；

4、为增加其传热面积，F-22所用的管道采用低肋管；

5、室内布置，操作较为方便。

4．2 冷凝器的选型计算

4．2．1冷凝器的热负荷

4．2．2冷凝器的传热面积计算

4．2．3冷凝器冷却水用量+

4．2．4冷凝器的阻力计算

5·管数、管程数和管子的排列

5．1管数及管程数

5．2管子在管板上的排列方式

5．3管心距

6·壳体直径及壳体厚度的计算

6．1壳体直径，厚度计算

四．设计计算及说明（包括校核）

（一）设计计算

1、冷凝器的热负荷：

冷凝器的热负荷是制冷剂的过热蒸汽在冷凝过程中所放出的总热量，可用制冷剂的

压－焓图算出。公式如下：

0Q Q L φ= k W

式中 ：L Q ———— 冷凝器的热负荷，kW ； 0Q ———— 制冷量，1600kw ；

φ———— 系数，与蒸发温度t k 、气缸冷却方式及制冷剂种类有关，由《食

品工程原理设计指导书》图3查出。在蒸发温度0t 为-10℃，冷凝温度k t 为35℃，查得φ为。

∴ L Q =×1600=1904 KW

2、传热平均温差：

2

1

1

2ln

t t t t t t t k k ---=

∆45.532352635ln 2632=---=℃

3、冷凝器的传热面积计算：

根据选用卧式管壳式水冷冷凝器及设计指导书表4各种冷凝器的热力性能，取传热

系数为800 w/（㎡·k ）

t

K Q F L

∆=

0 式中： K ———— 传热系数，w/㎡ 、℃；

（由《食品工程原理设计指导书》表3中可取750）

F

———— 冷凝器的传热面积，㎡；

L Q ———— 冷凝器的热负荷，w ；

t ∆———— 传热平均温差，℃

4、冷凝器冷却水用量： 3600)

(12⨯-=

t t C Q M p L

kg/h

式中：L Q ———— 冷凝器的热负荷， kW ； p

C ———— 冷却水的

定压比热，k J/kg·k ；淡水可取； 1t ———— 冷却水进出冷凝器得温度，K 或℃； 2t ————

冷却水进出冷凝器得温度，K 或℃。

5、冷凝器冷却水体积流量：

ρ

M

V =

3

/m kg

式中：ρ————取3

/m kg ；

6、管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定：

1）确定单程管数n 由《制冷原理及设备》一书查得，冷凝器内冷却水在管内流

速可选取 m/s 。设计中选用ϕ38×不锈无缝钢管作为冷凝器内换热管。

u d V

n 2

4

π=

式中：V ——— 管内流体的体积流量， ㎡/s ； d ——— 管子内直径， m ； u ——— 流体流速，m/s 。

2）管程数： 管束长度 d

n F L π=

式中：F ——— 传热面积，㎡；

——— 按单程计算的管长，m 。

管程数 l

L m =