管壳式冷凝器设计说明书分解
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“食品工程原理”课程设计 管壳式冷凝器设计说明书 山东万合制冷设备有限公司
目录
设计任务书……………………………………………………………1
流程示意图……………………………………………………………2 设计方案………………………………………………………………3 设计计算………………………………………………………………5 设计核算………………………………………………………………9 设计总概要表……………………………………13 附录……………………………………………………………………13 参考文献………………………………………………………………13
小型氟利昂 空调制冷机组
沉浸式
小型氟利昂 制冷装置
2.制冷剂的选择
工业上已采用的制冷剂很多，目前常用的有 氨（NH3）、氟利昂-12（CF2Cl2）、氟利昂-22 （CHF2Cl）等。氨是应用较广的中温制冷剂，有 较好的热力学性质和热物理性质，在常温和普通低 温范围内压力比较适中，单位容积制冷量大，在相 同制冷量的情况下，系统中的制冷剂循环量较少， 氨粘性小，流动阻力小，创热性能好，在制冷系统 中不会出现冰塞现象。虽然氨对人体有较大的毒性 ，氨确实具有强烈刺激臭味，正是由于这样，所以 极容易被检验出来，反而成为安全的保证。而且从 环境保护角度看，氨比氟利昂制冷剂优越很多。所 以选择氨作为制冷剂。
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（氨）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=1500KW 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，可取进口水温度为25～28℃ 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 6. 绘制工艺流程图、管壳式冷凝器结构图及花板布置图
1.传热系数比卧式壳管 式低； 2.冷却水进出温差小， 耗水量大。
中型及大型 氨制冷装置
卧式壳管式
1.清洗不方便； 2.漏氨不易发现。 1.金属消耗量较大； 2.冷却水的流动阻力较 大； 3.水垢清洗困难。 1.冷却水在水箱内的流 动速度很低，故传热效 果差；
大、中、小氨和氟利昂 制冷装置都可采用
套管式
3．冷凝温度与过冷温度 根据冷凝温度tk必须高于冷却水出口温度t2 ，且tk-t1可取7～14℃[1]，所以选取tk=37℃。 根据过冷温度tu较冷凝温度tk应低3-5℃[1]，所以 tu=34℃。
4．冷库温度与蒸发温度 在冷库中以空气为载冷剂，冷库的工作温度 为0～4℃，选取冷库温度2℃，根据蒸发温度t0应 比载冷剂低8～12℃[2]，选取取t0=-8℃。
流程示意图
本课程设计任务是将 制冷压缩机压缩后的制冷 剂（氨）过热蒸汽冷却， 冷凝为过冷液体，送去冷 库蒸发器使用。涉及的压 缩式制冷机主要由蒸发器 、压缩机、冷凝器和膨胀 阀等构成，其制冷过程可 分为压缩、冷凝、膨胀、 蒸发4个阶段，如下图所 示：
实际制冷循环压焓图
由于本课程设计采用氨回 热循环，其实际制冷循环中压 焓图如下：
设计方案
1．冷凝器的选择 综合比较几种常用的水冷式冷凝器，选择 卧式壳管式冷凝器，原因是其传热系数大，操作管 理方便，经济成本较低，且目前大、中型氨制冷系 统及氟利昂制冷系统多采用这种冷凝器，有一定的 通用性。
表1 常用冷凝器的比较
冷凝器类型 优点 缺点 使用范围
立式壳管式
1.可装设在室外露天，节省 机房面积； 2.清洗方便； 3.漏氨易发现。 1.结构紧凑； 2.传热效果好； 3.冷却水进出温差大，耗水 量小。 1.结构简单、制造方便； 2.体积小，紧凑； 3.传热性能好（水与制冷剂 成逆向流动）。 1.制造简单； 2.维修清洗方便；
3．流体流入空间的选择
流体流入空间的方案中，选择冷却剂（河水 ）流经管程，制冷剂（氨）流经壳程。原因是： 1. 不洁净或易结垢的物料应当流经易清洗的一侧 ，采用河水做冷却剂，相对较脏，受热后容易结垢 ，流管内便于清洗； 2. 冷却剂走管程，能控制适当的流速，以保证有 较高的传热系数； 3. 饱和蒸汽一般应通入壳程；以便排出冷凝液， 而且蒸汽较清洁； 4. 被冷却物料一般走壳程，便于散热，可减少冷 却剂用量。
5．河水相关数据 河水作为冷却剂其平均温度（26+34）/2=30℃， 其相关物理性质查表[2]可得： 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．钢管选择 传热管道尺寸选取ф38×2.5mm的无缝钢管，其导 热系数λ=45.4W/(m•K)。
在回热循环1 -2 - 2’- 3’3 – 4 - 1的过程中： 线1-2：绝热可逆压缩(等熵)。 线2-3：等压冷却、冷凝及过 冷过程。其中2-2’—冷却(到 饱和蒸汽)(等压)；2’-3’— 冷凝(等压,等温)；3’-3—过 冷(等压)。 线3-4：节流膨胀(等焓)。 线4-1：蒸发(等压,等温)。
4．基本数据参数的选择
1. 流速 流速大,K值提高,所需传热面积减少,设备投资减少,但流速增大 使流动阻力相应增加,从而使动力消耗即操作费用增加。根据工业上 常用的流速u=0.5～3m/s，且尽可能使雷诺数Re>104，[1]经过估算 ，本方案选择流速为1.25m/s。 2．冷却剂进出口温度 由于用河水为冷却剂，可取进口水温度为25～28℃，取进口 水温t1=26℃，冷却水进出口温差参考范围为4~10℃[1]，选用较小 的进出口温差，耗水量就较大，运行费也较多，所以选取出口水温为 t2=34℃。
目录
设计任务书……………………………………………………………1
流程示意图……………………………………………………………2 设计方案………………………………………………………………3 设计计算………………………………………………………………5 设计核算………………………………………………………………9 设计总概要表……………………………………13 附录……………………………………………………………………13 参考文献………………………………………………………………13
小型氟利昂 空调制冷机组
沉浸式
小型氟利昂 制冷装置
2.制冷剂的选择
工业上已采用的制冷剂很多，目前常用的有 氨（NH3）、氟利昂-12（CF2Cl2）、氟利昂-22 （CHF2Cl）等。氨是应用较广的中温制冷剂，有 较好的热力学性质和热物理性质，在常温和普通低 温范围内压力比较适中，单位容积制冷量大，在相 同制冷量的情况下，系统中的制冷剂循环量较少， 氨粘性小，流动阻力小，创热性能好，在制冷系统 中不会出现冰塞现象。虽然氨对人体有较大的毒性 ，氨确实具有强烈刺激臭味，正是由于这样，所以 极容易被检验出来，反而成为安全的保证。而且从 环境保护角度看，氨比氟利昂制冷剂优越很多。所 以选择氨作为制冷剂。
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（氨）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=1500KW 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，可取进口水温度为25～28℃ 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 6. 绘制工艺流程图、管壳式冷凝器结构图及花板布置图
1.传热系数比卧式壳管 式低； 2.冷却水进出温差小， 耗水量大。
中型及大型 氨制冷装置
卧式壳管式
1.清洗不方便； 2.漏氨不易发现。 1.金属消耗量较大； 2.冷却水的流动阻力较 大； 3.水垢清洗困难。 1.冷却水在水箱内的流 动速度很低，故传热效 果差；
大、中、小氨和氟利昂 制冷装置都可采用
套管式
3．冷凝温度与过冷温度 根据冷凝温度tk必须高于冷却水出口温度t2 ，且tk-t1可取7～14℃[1]，所以选取tk=37℃。 根据过冷温度tu较冷凝温度tk应低3-5℃[1]，所以 tu=34℃。
4．冷库温度与蒸发温度 在冷库中以空气为载冷剂，冷库的工作温度 为0～4℃，选取冷库温度2℃，根据蒸发温度t0应 比载冷剂低8～12℃[2]，选取取t0=-8℃。
流程示意图
本课程设计任务是将 制冷压缩机压缩后的制冷 剂（氨）过热蒸汽冷却， 冷凝为过冷液体，送去冷 库蒸发器使用。涉及的压 缩式制冷机主要由蒸发器 、压缩机、冷凝器和膨胀 阀等构成，其制冷过程可 分为压缩、冷凝、膨胀、 蒸发4个阶段，如下图所 示：
实际制冷循环压焓图
由于本课程设计采用氨回 热循环，其实际制冷循环中压 焓图如下：
设计方案
1．冷凝器的选择 综合比较几种常用的水冷式冷凝器，选择 卧式壳管式冷凝器，原因是其传热系数大，操作管 理方便，经济成本较低，且目前大、中型氨制冷系 统及氟利昂制冷系统多采用这种冷凝器，有一定的 通用性。
表1 常用冷凝器的比较
冷凝器类型 优点 缺点 使用范围
立式壳管式
1.可装设在室外露天，节省 机房面积； 2.清洗方便； 3.漏氨易发现。 1.结构紧凑； 2.传热效果好； 3.冷却水进出温差大，耗水 量小。 1.结构简单、制造方便； 2.体积小，紧凑； 3.传热性能好（水与制冷剂 成逆向流动）。 1.制造简单； 2.维修清洗方便；
3．流体流入空间的选择
流体流入空间的方案中，选择冷却剂（河水 ）流经管程，制冷剂（氨）流经壳程。原因是： 1. 不洁净或易结垢的物料应当流经易清洗的一侧 ，采用河水做冷却剂，相对较脏，受热后容易结垢 ，流管内便于清洗； 2. 冷却剂走管程，能控制适当的流速，以保证有 较高的传热系数； 3. 饱和蒸汽一般应通入壳程；以便排出冷凝液， 而且蒸汽较清洁； 4. 被冷却物料一般走壳程，便于散热，可减少冷 却剂用量。
5．河水相关数据 河水作为冷却剂其平均温度（26+34）/2=30℃， 其相关物理性质查表[2]可得： 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．钢管选择 传热管道尺寸选取ф38×2.5mm的无缝钢管，其导 热系数λ=45.4W/(m•K)。
在回热循环1 -2 - 2’- 3’3 – 4 - 1的过程中： 线1-2：绝热可逆压缩(等熵)。 线2-3：等压冷却、冷凝及过 冷过程。其中2-2’—冷却(到 饱和蒸汽)(等压)；2’-3’— 冷凝(等压,等温)；3’-3—过 冷(等压)。 线3-4：节流膨胀(等焓)。 线4-1：蒸发(等压,等温)。
4．基本数据参数的选择
1. 流速 流速大,K值提高,所需传热面积减少,设备投资减少,但流速增大 使流动阻力相应增加,从而使动力消耗即操作费用增加。根据工业上 常用的流速u=0.5～3m/s，且尽可能使雷诺数Re>104，[1]经过估算 ，本方案选择流速为1.25m/s。 2．冷却剂进出口温度 由于用河水为冷却剂，可取进口水温度为25～28℃，取进口 水温t1=26℃，冷却水进出口温差参考范围为4~10℃[1]，选用较小 的进出口温差，耗水量就较大，运行费也较多，所以选取出口水温为 t2=34℃。