管殼式換熱器設(shè)計(jì)課件

1、目 錄食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2流程示意圖3設(shè)計(jì)方案的確定及說(shuō)明4 設(shè)計(jì)方案的計(jì)算及說(shuō)明（包括校核）5 設(shè)計(jì)結(jié)果主要參數(shù)表 10 主要符號(hào)表 11 主體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖 11 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及問(wèn)題討論 12 參考文獻(xiàn) 12 一、 食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一 設(shè)計(jì)題目：管殼式冷凝器設(shè)計(jì)二設(shè)計(jì)任務(wù)：將制冷壓縮機(jī)壓縮后的制冷劑（氨）過(guò)熱蒸汽冷卻，冷凝為過(guò)冷液體，送去冷庫(kù)蒸發(fā)器使用。三設(shè)計(jì)條件: 1.冷庫(kù)冷負(fù)荷Q0=08*100（kw）；2.高溫庫(kù)，工作溫度04。采用回?zé)嵫h(huán)；3.冷凝器用河水為冷卻劑, 進(jìn)水溫度取： 15。4.傳熱面積安全系數(shù)5%15%。四設(shè)計(jì)要求：1.對(duì)確定的工藝流程進(jìn)行簡(jiǎn)要論述；2.物料

2、衡算，熱量衡算；3.確定管式冷凝器的主要結(jié)構(gòu)尺寸；4.計(jì)算阻力；5.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（包括：封面；目錄；設(shè)計(jì)題目；流程示意圖；流程及方案的說(shuō)明和論證；設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明（包括校核）；主體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；設(shè)計(jì)結(jié)果概要表；對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)及問(wèn)題討論；參考文獻(xiàn)。）6.繪制工藝流程圖,管殼式冷凝器的結(jié)構(gòu)圖（3號(hào)圖紙）、及花板布置圖（3號(hào)或者4號(hào)圖紙）。 二、流程示意圖流程圖說(shuō)明：本制冷循環(huán)選用臥式管殼式冷凝器，選用氨作制冷劑，采用回?zé)嵫h(huán)，共分為4個(gè)階段，分別是壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)。1 2 由蒸發(fā)器內(nèi)所產(chǎn)生的低壓低溫蒸汽被壓縮機(jī)吸入壓縮機(jī)氣缸，經(jīng)壓縮后溫度升高；2 3 高溫高壓的氨蒸汽進(jìn)入冷凝器；F22蒸汽在冷凝

3、器中受冷卻水的冷卻，放出熱量后由氣體變成液態(tài)氨。4 4 液態(tài)氨不斷貯存在貯氨器中；4 5 使用時(shí)氨液經(jīng)膨脹閥作用后其壓力、溫度降低，并進(jìn)入蒸發(fā)器；5 1 低壓的氨蒸汽在蒸發(fā)器中不斷的吸收周?chē)臒崃慷?，然后又被壓縮機(jī)吸入，從而形成一個(gè)循環(huán)。51是一個(gè)回?zé)嵫h(huán)。本實(shí)驗(yàn)采用臥式殼管式冷凝器，其具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好等特點(diǎn)。所設(shè)計(jì)的臥式管殼式冷凝器采用管內(nèi)多程式結(jié)構(gòu)，冷卻水走管程，氨蒸汽走殼程。采用多管程排列，加大傳熱膜系數(shù)，增大進(jìn)，出口水的溫差，減少冷卻水的用量。三、設(shè)計(jì)方案的確定及說(shuō)明。1·流體流入空間的選擇本設(shè)計(jì)采用河水為冷卻劑，河水比較臟和硬度較高，受熱后容易結(jié)垢。同時(shí)，氨走殼

4、程也便于散熱，從而減少冷卻水的用量。因此，為方便清洗和提高熱交換率，冷卻水應(yīng)走管程，氨制冷劑應(yīng)走殼程。2·流速的選擇 查得列管式換熱器常用流速范圍 流體種類(lèi)一般流體易結(jié)垢液體 氣體 流速 管程0.53m/s1m/s 530m/s殼程0.21.5m/s0.5m/s 315m/s根據(jù)本設(shè)計(jì)制冷劑和冷卻劑的性質(zhì)，綜合考慮冷卻效率和操作費(fèi)用，本方案選擇流速為1.5m/s。3·冷卻劑適宜溫度的確定及制冷劑蒸發(fā)溫度，冷凝溫度，過(guò)熱溫度和過(guò)冷溫度。本設(shè)計(jì)冷卻劑的進(jìn)口溫度= 15。而一般臥式管殼式冷凝器冷卻劑的進(jìn)出口的溫度之差為510，本方案取為6，所以出口溫度為21。高溫庫(kù)工作溫度為04

5、，本設(shè)計(jì)取0；氨的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為33.3，凝固點(diǎn)為77.7。制冷劑蒸發(fā)溫度一般比庫(kù)內(nèi)空氣低812，本設(shè)計(jì)取=10；本設(shè)計(jì)取冷凝溫度=25；過(guò)冷溫度比冷凝溫度低35，取=21；過(guò)熱溫度比蒸發(fā)溫度高35，取=6。4·冷凝器的造型和計(jì)算41 水冷式冷凝器的類(lèi)型本次設(shè)計(jì)是以河水為冷卻劑，氨做制冷劑，選擇氨高效臥式冷凝器為設(shè)計(jì)對(duì)象。此冷卻系統(tǒng)的原理是將壓縮機(jī)排出的高溫、高壓氨氣等壓冷凝成液體，在冷庫(kù)中蒸發(fā)，帶走待冷物料的熱量，起到冷卻物料的效果。冷凝器型式的選擇：本方案采用臥式殼管式冷凝器。臥式管殼式水冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是：1、結(jié)構(gòu)緊湊，體積比立式殼管式的小；2、傳熱系數(shù)比立式殼管式的大；3、冷卻水進(jìn)、

6、出口溫差大，耗水量少；4、室內(nèi)布置，操作較為方便。42 冷凝器的選型計(jì)算421冷凝器的熱負(fù)荷422冷凝器的傳熱面積計(jì)算423冷凝器冷卻水用量424冷凝器的阻力計(jì)算5·管數(shù)、管程數(shù)和管子的排列51管數(shù)及管程數(shù)5 2管子在管板上的排列方式53管心距6·殼體直徑及殼體厚度的計(jì)算61殼體直徑，厚度計(jì)算四、設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明（包括校核）（一）設(shè)計(jì)計(jì)算1、冷凝器的熱負(fù)荷：冷凝器的熱負(fù)荷是制冷劑的過(guò)熱蒸汽在冷凝過(guò)程中所放出的總熱量，可用制冷劑的 壓焓圖算出。公式如下： kw式中 ： 冷凝器的熱負(fù)荷，kw； 制冷量（冷負(fù)荷），800kw； 制冷系數(shù)，與蒸發(fā)溫度t k、氣缸冷卻方式及制冷劑種類(lèi)有

7、關(guān)，在蒸發(fā)溫度為10，冷凝溫度為25，查得為1.15。 =1.15×800=920 kw2、傳熱平均溫差：3、冷凝器的傳熱面積計(jì)算： 式中： 傳熱系數(shù)，w/（）（由參考書(shū)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)查得K可取950w/（）； 冷凝器得傳熱面積，； 冷凝器得熱負(fù)荷，w； 傳熱平均溫差，4、冷凝器冷卻水用量： kg/h 式中： 冷凝器的熱負(fù)荷， kw； 冷卻水的定壓比熱，KJ/kg·k；河水可取4.183； 冷卻水進(jìn)出冷凝器得溫度，K或； 冷卻水進(jìn)出冷凝器得溫度，K或。 5、冷凝器冷卻水體積流量： 式中：取998.2；6、管數(shù)和管程數(shù)和管束的分程、管子的排列的確定：1） 確定單程管數(shù)n 冷

8、凝器內(nèi)冷卻水在管內(nèi)流速可選取1.5 m/s，設(shè)計(jì)中選用×2.5mm不銹無(wú)縫鋼管作為冷凝器內(nèi)換熱管。 單程管數(shù) 式中： 管內(nèi)流體的體積流量， /s； 管子內(nèi)直徑， m； 流體流速，m/s。 圓整為80取整后的實(shí)際流速2）管程數(shù)： 管束長(zhǎng)度 式中： 傳熱面積，； 按單程計(jì)算的管長(zhǎng)，m。 管程數(shù) 式中：考慮到管材的合理利用, 為選定的每程管長(zhǎng)6m。 圓整為5所以冷凝器的總管數(shù)為 根3） 管心距t和偏轉(zhuǎn)角 由于采用焊接法，故,取4）管子在管板上的排列方式管子在管板上排列時(shí)，應(yīng)使管子在整個(gè)冷凝器截面上均勻而緊湊地分布，還要考慮流體性質(zhì)，設(shè)備結(jié)垢以及制造等方面地問(wèn)題。由于河水易結(jié)垢，正方形排列易

9、于機(jī)械清洗，所以選擇正方形排列。管子的排列和擋板、隔板的安排如花板布置圖所示（如附圖）。7.殼體直徑及殼體厚度的計(jì)算1）殼體直徑的計(jì)算殼體的內(nèi)徑應(yīng)稍大于或等于管板的直徑，所以，從管板直徑的計(jì)算可以決定殼體的內(nèi)徑. 式中：D 殼體內(nèi)徑， mm； t 管心距， mm； 橫過(guò)管束中心線(xiàn)的管數(shù) （管子按正方形排列時(shí)，n為總管數(shù)，故）； 管束中心線(xiàn)上最外層管的中心支殼體內(nèi)壁的距離，（一般取，這里?。?； 圓整為1000mm2） 殼體厚度(s) 根據(jù)殼體標(biāo)準(zhǔn)尺寸殼體外徑，mm325400 500 600 700800 900 1000 1100 1200最小壁厚，mm8101214所以殼體厚度取14mm.（

10、二）設(shè)計(jì)校核1.雷諾數(shù)計(jì)算及流型判斷 冷凝器冷卻水用量： 實(shí)際流速：雷諾數(shù)： > 104 所以流型為湍流。2.阻力的計(jì)算冷凝器的阻力計(jì)算只需計(jì)算管層冷卻水的阻力，殼程為制冷劑蒸汽冷凝過(guò)程，可不計(jì)算流動(dòng)阻力。冷卻水的阻力可按下式計(jì)算：式中： 管道摩擦阻力系數(shù)，湍流狀態(tài)下，光滑管=0.024；l 每根管子的有效長(zhǎng)度，m；u 冷卻水在管內(nèi)流速，m/s； 局部阻力系數(shù)，可近似取為。3.熱量衡算下圖為氨在實(shí)際制冷循環(huán)中的壓焓圖 本設(shè)計(jì)確定：1）蒸發(fā)溫度為：102）冷凝溫度為：253）冷卻水出口溫度為：214）過(guò)冷溫度為：215）冷凍冷負(fù)荷800kw制冷循環(huán)簡(jiǎn)易流程為：液體過(guò)冷的制冷循環(huán)和 基本循環(huán)

11、。根據(jù)氨的壓焓圖查得：，單位制冷量：q0=h1h5=402235=167 kj/kg制冷循環(huán)量：GQ0/q02900×3600/16762515kg/h單位循環(huán)量：G=Qo/qo=2900/167=17.37 kg/s冷卻放熱量：G×（h2-h3）=17.37×（430-415）=260.55冷凝放熱量：G×（h3-h4）=17.37×（415-245）=2952.9過(guò)冷放熱量：G×（h4-h4）=17.37×(245-235)=173.7過(guò)熱吸熱量：G×（h1-h1）=17.37×(412-402)=1

12、73.7壓縮功：wt=h2= h1=430-412=18理論的制冷系數(shù)：t=qo/wt=167/18=9.28由此可見(jiàn)，本設(shè)計(jì)熱量基本平衡，符合實(shí)際要求。4.傳熱面積安全系數(shù)式中： 實(shí)際布置所得的傳熱面積，m2 ； 理論傳熱面積，m2 管外總傳熱面積：管內(nèi)總傳熱面積：實(shí)際總傳熱面積： 理論總傳熱面積：傳熱面積安全系數(shù)（169.56）/14.6滿(mǎn)足傳熱面積安全系數(shù)為515（，故本設(shè)計(jì)合符要求。5.長(zhǎng)徑比L/D式中：L 每程管長(zhǎng)，m；D 殼體內(nèi)徑，m。L/D= 6/1.9164= 3.13符合38 范圍要求五、設(shè)計(jì)結(jié)果主要參數(shù)表序號(hào)項(xiàng)目結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目結(jié)果1蒸發(fā)溫度-613管子排列方式正六邊形2冷凝溫

13、度3214殼體內(nèi)徑2000mm3冷卻水進(jìn)口溫度2615殼體壁厚12mm4冷卻水出口溫度3216長(zhǎng)徑比3.135冷卻水流速1.49m/s17殼體材料不銹鋼管6冷卻水阻力5.45m水柱18管長(zhǎng)6m7冷卻水用量19內(nèi)傳熱面積805.7m28雷諾數(shù)61106.620安全系數(shù)9.59冷凝換熱管材料無(wú)縫鋼管21管程1210換熱管規(guī)格38×2.5 mm22總管數(shù)129611單程管數(shù)10823管心距48mm12軸線(xiàn)偏轉(zhuǎn)角度7°24冷庫(kù)冷負(fù)荷2900kw六、主要符號(hào)表序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)單位序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)單位1焓ikj/kg15殼體厚度smm2壓力PPa16單位制冷量q0kj/kg3溫度t17制冷循環(huán)

14、量Gkg/s4流速u(mài)m/s18熱負(fù)荷QLkw5粘度Pa·s19冷卻水用量Mkg/h6密度pkg/m320體積流量Vm3/s7阻力HfmH2O21傳熱面積Am28比熱CpJ/kg·k22汽化潛熱rkj/kg9管徑dm23污垢熱阻Rm2·k/w10管數(shù)n24導(dǎo)熱系數(shù)w/m·k11管程數(shù)m25摩擦阻力系數(shù)12總管數(shù)NT26傳熱系數(shù)w/m2·k13管心距amm27傳熱膜系數(shù)w/m2·k14殼體直徑Dmm 七主體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)圖）八、設(shè)計(jì)評(píng)論及討論本設(shè)計(jì)由給定的冷庫(kù)冷負(fù)荷，進(jìn)口水溫度，高溫庫(kù)工作溫度等已知數(shù)據(jù)來(lái)確定出口溫度、傳熱面積、流速、管徑

15、等數(shù)據(jù)來(lái)完成設(shè)計(jì)，其中有部分參數(shù)和計(jì)算公式需要查找相關(guān)資料，如化工手冊(cè)和實(shí)用冷凍手冊(cè)，各種資料中查出的參考計(jì)算公式和數(shù)據(jù)有所不同，導(dǎo)致再整個(gè)設(shè)計(jì)工程中，設(shè)計(jì)思路產(chǎn)生分歧，產(chǎn)生幾種設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)計(jì)算才確定其中一種，由于參考數(shù)據(jù)的來(lái)源不同，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果存在誤差。其次，計(jì)算過(guò)程中各個(gè)步驟要經(jīng)過(guò)反復(fù)的校核，符合要求才能繼續(xù)，如計(jì)算管程數(shù)時(shí)需校核徑比。計(jì)算結(jié)束后要進(jìn)行校核，要求雷諾數(shù)Re>104，傳熱系數(shù)（700800），安全系數(shù)在515內(nèi)，經(jīng)過(guò)校核計(jì)算，都能滿(mǎn)足要求，如果不考慮經(jīng)濟(jì)其他因素，這個(gè)設(shè)計(jì)是成功的。這次的課程設(shè)計(jì)很好地檢驗(yàn)了本人掌握工程原理知識(shí)的程度，暴露出各種不足之處，讓本人可以及時(shí)糾正存在的不足和錯(cuò)誤，加深我對(duì)這門(mén)課程的了解，如使我更全面的了解到冷凝器的結(jié)構(gòu)和要求，進(jìn)一步了解