壳管式冷凝器设计

课程设计说明书设计名称机械设计基础课程设计

设计题目制冷系统设计任务书

设计时间2015、1、6～2015、1、21 学院食品工程学院

专业能源与动力工程

班级1202班

姓名杨鑫

指导教师曲航

配用冷水机组的卧式壳管式冷凝器设计

设计任务:设计一台配用冷水机组的卧式壳管式冷凝器

设计条件:设计参数:

制冷剂:R134a

=50C

额定工况蒸发温度:t

冷却水进口温度:t

=400C

k

=360kw

制冷量:Q

传热管:每英寸19片的滚轧低肋铜

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、确定管式冷凝器的主要结构尺寸;

4、计算阻力;

5、编写设计说明书

一、设计方案的确定及说明。

1、冷却水的进出口温度。

进口水温度280C,而一般卧式壳管式冷凝器的冷却剂进出口温度之差为4—100C,本设计取60C,故出口温度为340C、

2、流速的选择

查得列管换热器管内水的流速,管程为0、5～3m/s,壳程0、2～1、5m/s[2];根据本设计制冷剂与冷却剂的性质,综合考虑冷却效率与操作费用,本方案选择流速为1、5m/s、

3、冷凝器的造型与计算

3、1水冷式卧式冷凝器的类型

本次设计就是以海水为冷却剂,选择氟利昂高效卧式冷凝器为设计对象。此冷却系统的原理就是将压缩机排出的高温、高压制冷制气等压冷凝成液体,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R134a为制冷剂,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就是:

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,R134a所用的管道采用低肋管;

5、室内布置,操作较为方便。

3、2冷凝器的选型计算

3、3冷凝器的热负荷

3、4冷凝器的传热面积计算+

3、5冷凝器的阻力计算

4·管数、管程数与管子的排列

4． 1管数及管程数

4、2管子在管板上的排列方式

4、3管心距

5·壳体直径及壳体厚度的计算

5.1壳体直径,厚度计算

二、设计计算及说明(包括校核)

(一)设计计算

1、冷凝器的热负荷:

冷凝器的热负荷就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= kw

式中 :L Q ———— 冷凝器的热负荷,kw;

0Q ———— 制冷量,360kw;

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5℃,冷凝温度k t 为40℃,查

得φ为1、93。

∴ L Q =1、93×360= 695kw

2、传热平均温差:

2

1

12ln t t t t t t t k k ---=∆=5、450C 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 ———— 冷凝器得传热面积,㎡; L Q ———— 冷凝器得热负荷,w; t ∆———— 传热平均温差,℃

又△t=5、45℃

25.79145

.5*80010003451m F =⨯= 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,KJ/kg·k;淡水可取4、186; 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℃。

h kg M 9.4960703600)

2632(174.43451=⨯-⨯= 5、冷凝器冷却水体积流量:

ρM

V = 3/m kg

式中:ρ————取995、73/m kg ;

s m m kg h kg M V 33138.03600

/7.995/9.4960703600=⨯=⨯=ρ 6、管数与管程数与管束的分程、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1、5 m/s 。设计中选用ϕ38×2、5mm 不锈无缝钢管作为冷凝器内换热管。 u

d V

n 24π

= 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 。

6.1075.1033.0414.3138

.02=⨯⨯=n 圆整为108 取整后的实际流速s m nd V u /49.1033

.010814.3138.04422=⨯⨯⨯==π 2)管程数: 管束长度 d n F L π=

式中:F ——— 传热面积,㎡;

L ——— 按单程计算的管长,m 。

m 73.70033

.014.31085.791=⨯⨯=L 管程数 l L m =