管壳式冷凝器设计

食品工程原理课程设计题目：管壳式冷凝器设计

姓名：***

系别：生命科学学院

专业：食品科学与工程

班级：11103班

学号：************

指导教师：***

2013年6月23日

目录

食品工程原理课程设计任务书 (3)

流程示意图 (4)

设计方案的确定及说明 (6)

设计方案的计算及说明（包括校核） (8)

设计结果主要参数表 (15)

主要符号表 (16)

主体设备结构图 (17)

设计评价及问题讨论 (17)

参考文献 (17)

一 .食品工程原理课程设计任务书

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的制冷剂（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=学生学号最后2位数*100（kw）；

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：

17～20℃（1班）、21～24℃（2班）、 25～28℃

（3班）、13～16℃（4班）、9～12℃（5班）、5～8℃

（6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；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

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、设计方案的确定及说明。

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0.5～3m/s，壳程0.2～1.5m/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1.5m/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～，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本设计取可取7～14本设计取℃。

过冷温度比冷凝温度低3～5℃本设计取℃

过热温度比蒸发温度高3～5℃本设计取℃

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—40.8℃，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= kw

式中 ：L Q ———— 冷凝器的热负荷，kw ；

0Q ———— 制冷量，2900kw ；

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1.19。

∴ L Q =1.19×2900=3451 kw

2、传热平均温差：

2

112ln t t t t t t t k k ---=∆=---=32352635ln 2632 5.45℃ 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45.5=∆t ℃

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℃；