華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì)

16/16食品工程原理課程設(shè)計(jì)管殼式冷凝器設(shè)計(jì)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、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(如F-22、氨等)過熱蒸汽冷卻、冷凝為過冷液體，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=學(xué)生學(xué)號(hào)最后2位數(shù)×100（kw）；2．高溫庫(kù),工作溫度0~4℃,采用回?zé)嵫h(huán)；3．冷凝器用河水為冷卻劑，每班分別可取進(jìn)口水溫度:21～25℃（1班）、6～10℃（2班）、11～15℃(3班)、16～20℃（4班）、1～5℃（5班）；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．物料衡算、熱量衡算；3.確定管殼式冷凝器的主要結(jié)構(gòu)尺寸；4.計(jì)算阻力。5.編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(包括：①封面；②目錄；③設(shè)計(jì)題目（任務(wù)書）；④流程示意圖；⑤流程及方案的說(shuō)明和論證；⑥設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明（包括校核）；⑦主體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；⑧設(shè)計(jì)結(jié)果概要表；⑨對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)及問題討論；⑩參考文獻(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4號(hào)圖紙）。目錄前言 4工藝說(shuō)明及流程示意圖 4方案論證與確定 5設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明§1冷凝器的選型計(jì)算 7§2校驗(yàn)計(jì)算 9§3其他計(jì)算 11設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果概要表 13設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及問題討論 13參考文獻(xiàn)目錄 15附錄 151前言1.1設(shè)計(jì)意義隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng),各種不可再生資源愈發(fā)緊缺。因此，高效合理地利用和配置資源顯得十分重要。管殼式冷凝器在大化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，同時(shí)作為冷卻系統(tǒng)里的核心設(shè)備,成本占到了整個(gè)設(shè)備的35%以上。因此，完備的設(shè)備結(jié)構(gòu)形式以及恰當(dāng)?shù)墓に囋O(shè)計(jì)方法是化工過程穩(wěn)定運(yùn)行的保證。準(zhǔn)確計(jì)算和設(shè)計(jì)殼管式冷凝器也是降低成本、增加效益的基礎(chǔ)。此次課程設(shè)計(jì)對(duì)于食品工程原理課程內(nèi)容進(jìn)行了一個(gè)總結(jié)，同時(shí)可以鍛煉我們各方面的能力：（1）查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力；（2）樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性和可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，提高分析和解決實(shí)際問題的能力；（3）迅速，準(zhǔn)確地進(jìn)行工程計(jì)算能力；（4）用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想的能力。1.2設(shè)計(jì)依據(jù) 冷凝器是通過冷熱交換將氣體冷卻冷凝的設(shè)備。熱量的傳遞是以溫差為推動(dòng)力，溫度高的氣體將熱量經(jīng)過冷凝器管壁傳給溫度低的移熱介質(zhì)，達(dá)到冷凝的目的。管殼式冷凝器水冷不論在技術(shù)上還是在能耗和操作費(fèi)用上均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，也說(shuō)明了水冷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期使用過程中的技術(shù)成熟性[1]。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 確定設(shè)計(jì)方案；工藝設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；繪制工藝流程圖和主體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；設(shè)計(jì)內(nèi)容概要表2.工藝說(shuō)明及流程示意圖2.1制冷系統(tǒng)的工藝流程圖1制冷系統(tǒng)工藝流程圖2.2制冷過程的壓焓圖圖2壓焓圖壓縮機(jī)將NH3制冷劑在其中進(jìn)行壓縮（1→2等熵過程），高壓氣體進(jìn)入水冷式冷凝器，被冷凝為液體（2→3等壓冷卻過程，3→4等壓等溫冷凝過程），液體冷凝劑由冷凝器進(jìn)入膨脹閥節(jié)流減壓（4→5等焓過程）.送入蒸發(fā)器，吸熱汽化后的低溫制冷劑氣體（5→1等壓等溫過程）經(jīng)熱交換器提高過熱度后進(jìn)入壓縮機(jī)重新循環(huán)。整個(gè)循環(huán)過程為1—1’—2’—2—3—4—4’—5’—5—1.其中1—1’為過熱過程,1’—2’為等熵壓縮過程,2’—3為冷卻過程,3—4為冷凝過程，4—4’為過冷過程,4’—5為等焓膨脹過程,5’—1為等壓蒸發(fā)過程。制冷中采用回?zé)嵫h(huán)裝置,其原因在于:可以防止低壓蒸汽夾帶液滴進(jìn)入壓縮機(jī)，因而可以避免液擊?？梢蕴岣叩蛪赫羝臏囟?，減輕壓縮機(jī)的吸入蒸汽與氣缸間的熱交換，便于提高壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)；而對(duì)于低溫下工作的壓縮機(jī)（例如：多級(jí)制冷壓縮機(jī)的低壓級(jí)及重疊式制冷機(jī)的低溫級(jí)），還可以改善壓縮機(jī)的潤(rùn)滑條件。有時(shí)可提高制冷系數(shù)。3方案論證和確定冷凝器是制冷系統(tǒng)的四大部件之一，它的作用是把高壓制冷劑蒸汽冷凝成液體制冷劑。在冷庫(kù)的制冷裝置中，冷凝器的各種參數(shù)的的選定是否合理，直接關(guān)系到制冷裝置的制冷效果，安全可靠性和能耗水平。設(shè)計(jì)方案的確定包括冷凝器型式的選擇,流體流入冷凝器空間的選擇,冷凝劑的選擇及其進(jìn)出口的溫度的確定等。3.1冷凝器型式的選擇冷凝器的任務(wù)是將壓縮機(jī)排除的高溫高壓氣態(tài)制冷劑冷卻使之液化，主要在立式殼管式和臥式殼管式中選擇。在采用循環(huán)用水冷卻的制冷裝置中，臥式水冷式冷凝器結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好、冷卻水進(jìn)出溫差大耗能小，這些都比立式殼管式優(yōu)勝。唯一的弱點(diǎn)是不易清洗，容易在管內(nèi)形成水垢而大大降低冷凝效率，而且有漏氨現(xiàn)象時(shí)不易發(fā)現(xiàn)?？朔霓k法是保持循環(huán)水的清潔，必要時(shí)可對(duì)水進(jìn)行軟化處理，并且要不厭其煩地經(jīng)常清洗冷卻水管。為節(jié)能和節(jié)省投資起見，在采用循環(huán)用水的水冷式制冷裝置中，應(yīng)提倡多使用臥式冷凝器。臥式管殼式水冷式冷凝器的傳熱系數(shù)大,操作管理方便。目前大、中、小型氨制冷系統(tǒng)及氟利昂制冷系統(tǒng)多采用這種冷凝器。本設(shè)計(jì)的冷庫(kù)冷負(fù)荷為1400kw，為大中型冷庫(kù)，所以選用這種冷凝設(shè)備。3.2制冷劑的選擇對(duì)制冷劑的要求有以下幾方面的要求：①熱力學(xué)上，在大氣壓力下，制冷劑的沸騰溫度要低；在蒸發(fā)器內(nèi)的壓力應(yīng)等于或大于大氣壓力；熱導(dǎo)率和傳熱系數(shù)高；蒸汽的比容要小，蒸發(fā)潛熱大，凝固點(diǎn)愈低而臨界溫度愈高愈好。②物理化學(xué)上，制冷劑能溶于油的優(yōu)點(diǎn)是為壓縮機(jī)的潤(rùn)滑創(chuàng)造有利條件，此外在蒸發(fā)器和冷凝器的外表面，不可能形成阻礙熱傳導(dǎo)的油層，缺點(diǎn)是從壓縮機(jī)帶出的油量多，且使得蒸發(fā)溫度升高；制冷劑微溶于油的優(yōu)點(diǎn)是，從壓縮機(jī)氣缸帶出的油量少，且蒸發(fā)器中蒸發(fā)溫度穩(wěn)定，缺點(diǎn)是清除蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)的潤(rùn)滑油較為困難，因而降低設(shè)備的傳熱系數(shù)；制冷劑能與壓縮機(jī)中水互溶，可以避免制冷系統(tǒng)中形成冰塞；制冷劑對(duì)金屬不應(yīng)有腐蝕作用，不燃燒、不爆炸，在高溫下穩(wěn)定不分解，與潤(rùn)滑油不起化學(xué)作用；制冷劑滲透性能較弱，如果發(fā)生滲漏，要能迅速地確定滲漏處。③生理學(xué)上，制冷劑對(duì)人的生命和健康不應(yīng)有危害，不應(yīng)有毒性和窒息性以及刺激作用。④經(jīng)濟(jì)上，制冷劑應(yīng)價(jià)格便宜，便于獲得。制冷劑的品種很多，目前已達(dá)七、八十種。目前常采用的制冷劑有氨、二氧化硫、二氧化碳、氟利昂—11、氟利昂—12、氟利昂—22、丙烷及丙烯等。當(dāng)前食品冷藏庫(kù)制冷系統(tǒng)中大都采用氨或氟利昂作為制冷劑。氟利昂無(wú)色，無(wú)味，一般對(duì)人體無(wú)害，對(duì)金屬腐蝕小，但氟利昂和水作用，對(duì)金屬有腐蝕作用；比重大，流動(dòng)阻力大，因而需要較大的流通截面；放熱系數(shù)低，因此系統(tǒng)的換熱設(shè)備要求導(dǎo)熱性好（換熱管多為銅管），換熱面積大；單位容積制冷量小，制冷劑的循環(huán)量大，因而造成較大的動(dòng)力消耗；易于泄漏，而且不易發(fā)現(xiàn)，對(duì)設(shè)備的密封有較高的要求，同時(shí)檢漏較麻煩；價(jià)格昂貴，成本高。氨蒸汽無(wú)色，有刺激性氣味，因而氨的泄漏易于發(fā)覺。氨對(duì)鋼鐵不腐蝕，但當(dāng)系統(tǒng)中含有水分時(shí)將對(duì)銅及銅合金（磷青銅除外）造成腐蝕，固氨制冷系統(tǒng)一般不采用銅及銅合金，只有易于潤(rùn)滑的活塞，密封環(huán)等才允許采用高錫磷青銅。氨的比重小，流動(dòng)阻力小，與氟利昂制冷系統(tǒng)比較，其流通截面積可以大為縮小。氨易溶于水，系統(tǒng)不易發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨的放熱系數(shù)高，故氨系統(tǒng)的換熱設(shè)備可以較氟利昂系統(tǒng)的簡(jiǎn)單。氨的單位容積制冷能力大、比較容易取得、價(jià)格也比較便宜。蒸發(fā)壓力和冷凝壓力適中，常壓下其蒸發(fā)溫度-33.4℃，冷凝壓力一般不超過16kgf/cm2[1]，所以在本設(shè)計(jì)中制冷劑選擇氨（NH3）。3.3流體流入空間的選擇流體流入空間的確定一般可以從以下幾個(gè)方面考慮：不潔凈或結(jié)垢的物料應(yīng)當(dāng)流經(jīng)易清洗的一側(cè)；要保證管內(nèi)和管外都有適當(dāng)?shù)牧魉?以保證有較高的傳熱系數(shù)；有腐蝕性的流體應(yīng)流管內(nèi)；飽和蒸汽一般應(yīng)通入殼程,以便排出冷凝液,而且蒸汽較清潔；被冷卻物料一般走殼程，便于散熱，減少冷凝劑用量。被設(shè)計(jì)，冷卻水為江河水,比較臟或硬度較高,受熱容易結(jié)垢,流管內(nèi)便于清洗。而本設(shè)計(jì)的被冷凝劑為NH3,冷卻介質(zhì)為河水。所以選擇河水走管程，NH3走殼程。3.4流速的選擇選擇正確的流速十分重要,一般盡可能使流體的Re>104.如果增大管內(nèi)冷卻水的流速，傳熱膜系數(shù)增大，對(duì)增強(qiáng)傳熱效果是有利的，同時(shí)也減少污垢在管子表面沉積的可能性而降低污垢熱阻，從而使K值提高，所需傳熱面積減少，設(shè)備投資費(fèi)減少；但是實(shí)際上，鋼管內(nèi)冷卻水的流速過大，會(huì)導(dǎo)致管壁腐蝕增加，流動(dòng)阻力增大，從而使功率消耗迅速增大，故對(duì)于鋼管，一般流速可取0.8—1.2m/s左右為宜。根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表一以及其他參考書的數(shù)據(jù),選擇流速為1.4m/s。3.5冷卻劑的進(jìn)出口溫度的確定本方案冷卻劑的進(jìn)口溫度t1為6~10℃，取為t1=10℃。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4～6℃，按照設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，冷卻水的出口溫度的選擇至關(guān)重要，選用較低的出口溫度，則用水量大，操作費(fèi)用高，但傳熱平均溫差較大，所需傳熱面積較小，設(shè)備費(fèi)也較低。因此，綜合考慮冷卻水的費(fèi)用和設(shè)備投資費(fèi)，我們選定冷卻水的出口溫度本方案取為比進(jìn)口水溫度多4℃，所以出口溫度t2=t1+4℃=14℃。3.6制冷劑蒸發(fā)溫度T0、冷凝溫度Tk、過冷溫度Tu、過熱溫度Tn的確定本方案蒸發(fā)器中以鹽水作載冷劑，T0應(yīng)比庫(kù)內(nèi)空氣溫度低4～6℃，而一般冷庫(kù)空氣溫度為0～4℃，故設(shè)氨的蒸發(fā)溫度T0設(shè)為0℃。對(duì)于臥式管殼式冷凝器，用水作冷卻劑時(shí)，氨的冷凝溫度一般比冷卻劑的出口溫度高4～5℃，則氨的冷凝溫度Tk＝t2＋4℃＝18℃;過冷溫度一般比水的進(jìn)口溫度高3℃，故Tu=t1+3=13℃；過熱溫度一般比蒸發(fā)溫度高3--4℃，故Tn=T0+3℃=3℃。3.7管體材料及管型的選定雖然銅管比鋼管有較大的熱導(dǎo)率，但銅管的價(jià)格也比鋼管高許多，選用鋼管將會(huì)使設(shè)備的初投資較低。而NH3有較大的放熱系數(shù)，即使用鋼管也不需要很大的傳熱面積，能達(dá)到既定的要求。氨對(duì)鋼鐵不腐蝕，但當(dāng)系統(tǒng)中含有水分時(shí)將對(duì)銅及銅合金（磷青銅除外）造成腐蝕，故氨制冷系統(tǒng)一般不采用銅及銅合金，只有易于潤(rùn)滑的活塞，密封環(huán)等才允許采用高錫磷青銅。冷凝器設(shè)計(jì)常用的換熱管管徑為19mm、25mm和38mm。對(duì)無(wú)污垢的常壓下的流體,如工藝系統(tǒng)對(duì)流體通過冷凝器的壓力降沒有特殊要求,換熱管管徑可取19mm;介質(zhì)易結(jié)垢的,管徑可放大,取25mm,不要取得太大。換熱管管徑太大,管內(nèi)流體的實(shí)際流速變小,污垢更易沉積、使給熱系數(shù)降低;管徑太大,即使在同樣的流速下雷諾數(shù)變小,湍流程度降低,給熱系數(shù)也要變小,對(duì)換熱都是不利的。[2]經(jīng)綜合考慮，本設(shè)計(jì)中選取φ38×2.5mm的無(wú)縫光滑鋼管。4.設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明4.1冷凝器的選型計(jì)算冷凝器的選型計(jì)算主要是確定冷凝器的傳熱面積,計(jì)算冷凝水用量及其流過冷凝器的組阻力損失,以選定適用型號(hào)的冷凝器。冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算還需要進(jìn)行冷凝器的結(jié)構(gòu)規(guī)劃,即通過計(jì)算確定冷凝器的直徑、冷凝管長(zhǎng)、管數(shù)及其排列方式等。4.1.1冷凝器的熱負(fù)荷由蒸發(fā)溫度t0=0℃、冷凝溫度tk=18℃，從設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圖3(b)查得=1.071，又根據(jù)要求Q0=1500kW，則熱負(fù)荷QL=ΦQ0=1.071×1500=1606kw因?yàn)闊嶝?fù)荷適中,操作負(fù)荷略大,管型直徑要求也要適中,所以選3臺(tái)冷凝器并聯(lián),以求獲得較大功率，最大程度降低機(jī)器成本。因此,QL=QL總/N=1606/3=535kw=535000w4.1.2冷凝器的傳熱面積F根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4，因本設(shè)計(jì)的冷凝器型式為臥式管殼式（氨），范圍為700~900[W/(㎡·K)],因此設(shè)定傳熱系數(shù)K=900W/m2·K，且則傳熱面積4.1.3冷凝器冷卻水用量M因?yàn)楹铀疄槔鋮s水,所以Cp=4.188kJ/(kg·K)[3]冷卻水用量M=4.1.4單程管數(shù)選取規(guī)格為Φ38×2.5mm的光滑無(wú)縫鋼管，則d0=38mm，di=2.5mm，δp=33mm取冷凝管為6m長(zhǎng).∵，式中：V——管內(nèi)流體（即冷卻水）的體積流量，m3/s；d——管子內(nèi)徑，m；u——流體流速，m/s。其中,且取值u=1.4m/s∴故取整為27根。4.1.5管程數(shù)式中：L——按單程計(jì)算的管長(zhǎng)，m——選定的每程管長(zhǎng)，m一般管材出廠規(guī)格為6m長(zhǎng),所以取∴又∵管程數(shù)為偶數(shù)較為方便,則取管程數(shù)為6程。4.1.6總管數(shù)Nr（多管程）（根）4.1.7管子在管板上的排列方式、管心距a及偏轉(zhuǎn)角aa.排列方式管子在管板上的排列方式有三種：同心圓法、正三角形法和正方形法。當(dāng)殼程流體是不污濁性介質(zhì)時(shí)，采用正三角形。氨符合這一要求，故將管子在管板上排列方式取正三角形法。管心距根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表8中管子外徑為38mm時(shí),管心距a≥1.25d0=48mm,c.偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角查表可知:a=7°4.1.8殼體直徑D∵式中：a——管心距，mm；b——最外層的六角形對(duì)角線上的管數(shù)，查設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表6，總管數(shù)為162根時(shí),得b=15；e——六角形最外層管子中心到殼體內(nèi)壁的距離，一般取e=(1~1.5)d0，此處取e=1×d0=38mm?！嗾{(diào)至最近,故為800mm,并得厚度最小為12mm4.1.9殼體厚度SS=式中：P——操作時(shí)之內(nèi)壓力，N/cm2（表壓）；[]——材料的許用應(yīng)力；N/cm2——焊縫系數(shù)；單面焊縫=0.65雙面焊縫=0.85C——腐蝕程度（0.1~0.8cm）；根據(jù)流體的腐蝕性而定；D——外殼內(nèi)徑，cm。其中，查壓焓圖,冷凝溫度為291K時(shí),得P絕=8.2×105Pa=82.02N/cm2，∴P=P絕—P大=82.02—10.13=71.89N/cm2根據(jù)相關(guān)資料,選取鋼[σ]為9810N/cm2[4]取單面焊縫為0.65，C取0.7cm，則∴4.2校驗(yàn)計(jì)算4.2.1雷諾數(shù)Re本方案定性溫度為12℃,查水物理參數(shù):=999.5kg/m3,=130×10-5Pa·s,Cp=4.188kJ/kg·K,=0.5741W/m·K.速度Re=＞10000流體的流動(dòng)為湍流狀態(tài)，符合設(shè)計(jì)要求。4.2.2傳熱系數(shù)以內(nèi)表面積為基準(zhǔn)，按下式求?。?1．Ao、Am、Ai的計(jì)算2．、的計(jì)算（1）求∵Nu＝∴a＝（2）求∵溫差℃∴定性溫度℃溫度為15℃時(shí)NH3的物性參數(shù)為[5]：＝617.5kg/m3＝1187.8KJ／kg＝1.454×10－4Pa·S＝0.4902W/(m·K)a0＝0.725（）0.25＝0.725（）0.25＝4999.983.、的計(jì)算查設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5得，4．、的求出查得管壁導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)由前知管壁厚度==4.2.3安全系數(shù)的計(jì)算（以內(nèi)表面積為基準(zhǔn)）1．理論傳熱面積：2．實(shí)際傳熱面積：3.安全系數(shù)符合5%--15%的設(shè)計(jì)要求。4.2.4長(zhǎng)徑比的驗(yàn)算,符合3～8的要求。4.3其它計(jì)算4.3.1熱量衡算冷凝水進(jìn)口溫度為10℃，出口溫度為14℃，冷凝溫度為18℃，蒸發(fā)溫度為0℃，過熱溫度3℃。根據(jù)氨的過冷溫度一般比進(jìn)口溫度高3～5℃，可以確定氨的過冷溫度為13℃。由制冷劑的參數(shù)查NH3的壓焓圖查得:℃，℃，℃。查氨的壓焓圖[6]得：根據(jù)過熱段的焓差與過冷段的焓差相同可以查得：?jiǎn)挝恢评淞繂挝粫r(shí)間制冷劑循環(huán)量：制冷劑放熱量：制冷劑吸熱量：放熱量=吸熱量,故熱量平衡。4.3.2制冷系數(shù)的比較不采用回?zé)嵫h(huán)時(shí)：采用回?zé)嵫h(huán)時(shí)：通過以上的比較，可以看出采用回?zé)嵫h(huán)得到的制冷系數(shù)相對(duì)大，單位制冷量也大一些，而循環(huán)制冷量相對(duì)就小一點(diǎn)。綜合考慮，回?zé)嵫h(huán)對(duì)氨的制冷有幫助。采用回?zé)嵫h(huán)，也有著其它一些優(yōu)點(diǎn)。如使膨脹閥前液體適當(dāng)過冷，可減少節(jié)流閃發(fā)氣體，對(duì)保證供流分配均勻有良好的作用。且低壓蒸氣經(jīng)過回?zé)?，避免NH3液滴進(jìn)入壓縮機(jī)而發(fā)生液擊，損壞壓縮機(jī)[7]。所以回?zé)嵫b置從對(duì)制冷系統(tǒng)的保護(hù)作用上來(lái)說(shuō)應(yīng)采用。4.3.3阻力計(jì)算式中：——管道的磨擦阻力系數(shù)；——冷卻水流程數(shù)；——每根管子的有效長(zhǎng)度，m；——管子內(nèi)直徑，m；——冷卻水在管內(nèi)的流速，m/s；——重力加速度，m/s2；——局部阻力系數(shù)，可近似取為：。其中，在湍流狀態(tài)下，鋼管∴水柱5設(shè)計(jì)結(jié)果概要表表1設(shè)計(jì)結(jié)果概要表型式規(guī)格:臥式水冷管殼式冷凝器冷卻水（河水）用量(kg/s)31.93冷凝管及核算指標(biāo)材料光滑無(wú)縫鋼管流速(m/s)1.4管徑(mm)38×2.5進(jìn)口溫度(℃)10管長(zhǎng)(m)6出口溫度(℃)14管心距(mm)48制冷劑（氨）蒸發(fā)溫度(℃)0管排列方式正三角形冷凝溫度(℃)18軸線偏轉(zhuǎn)角度(度)7過冷溫度（℃）13長(zhǎng)徑比7.5雷諾數(shù)37804過熱溫度（℃）3實(shí)際傳熱系數(shù)(m2)143.18理論傳熱系數(shù)(m2)132.36循環(huán)量(kg/s)0.08面積安全系數(shù)7.55%殼體內(nèi)徑(mm)800傳熱面積(m2)103.02壁厚(mm)11.535傳熱系數(shù)(W/m2K)700.51冷卻水阻力4.67mH2O冷庫(kù)冷負(fù)荷(KW)1606冷凝器熱負(fù)荷(KW)5356設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及問題討論雖然此次管殼式冷凝器設(shè)計(jì)的處理量超過1600kW,需要的制冷能力不算太大，但是要達(dá)到很好的制冷效果，也經(jīng)過多次的內(nèi)徑和管數(shù)等的調(diào)整都不能實(shí)現(xiàn)單殼程的冷凝器,所以需要把多個(gè)冷卻器并聯(lián)起來(lái),才能把數(shù)據(jù)調(diào)整到一個(gè)合理的范圍,這也就一定程度地增加了設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)使換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算更加復(fù)雜，這就要考驗(yàn)我們的應(yīng)變能力和自主學(xué)習(xí)能力，而我們必須要提高的，是先通過認(rèn)真查看指導(dǎo)書，明白設(shè)計(jì)流程，進(jìn)而查找有關(guān)資料文獻(xiàn)和綜合處理數(shù)據(jù)的能力以及在圖形設(shè)計(jì)方面的軟件知識(shí)。列管式冷凝器的結(jié)構(gòu)圖及花板布置圖用AutoCAD繪制。使冷凝器的設(shè)計(jì)更加精確和規(guī)范化。這要求同學(xué)們對(duì)AutoCAD有一定的了解。也令同學(xué)們從中學(xué)會(huì)了一種基本制圖軟件,而且鍛煉了同學(xué)們的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)加深了對(duì)管殼式冷凝器的理解。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，讓我可以及時(shí)糾正存在的不足和錯(cuò)誤，加深我對(duì)這門課程的了解，如使我更全面的了解到冷凝器的結(jié)構(gòu)和要求，進(jìn)一步了解冷凝器的各種知識(shí)等。我深刻體會(huì)到只有課內(nèi)課外相結(jié)合，設(shè)計(jì)才能符合實(shí)際，才能真正用于實(shí)際生產(chǎn)中。此次列管式換熱器的設(shè)計(jì)，有一定的難度，計(jì)算量很大，而且要進(jìn)行多次的設(shè)計(jì)方法，因?yàn)椴⒉皇且淮味ê脳l件，就完全符合。特別是在校核中的各項(xiàng)，實(shí)際流速、雷諾數(shù)、傳熱面積、安全系數(shù)等要經(jīng)過多次的演算。但是自身在不斷地設(shè)計(jì)和修改之后就發(fā)現(xiàn)它其實(shí)沒有想象中的那么難，就好像一條全面的計(jì)算題，而最難的任務(wù)就是反過來(lái)去設(shè)計(jì)一個(gè)符合處理任務(wù)的最佳換熱器。這就要求我們對(duì)換熱器要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。即采用優(yōu)化方法使設(shè)計(jì)的換熱器滿足最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。也就是要使包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用在內(nèi)的總費(fèi)用最小。由于影響換熱過程的因素復(fù)雜，且換熱器的種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，使得冷凝器的優(yōu)化設(shè)計(jì)求解過程比較困難。由于時(shí)間和對(duì)冷凝器廣度和深度理解的限制，很難對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)都在上表，通過上表可以看出這次冷凝器的設(shè)計(jì)基本上符合課程設(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到要求?？傮w來(lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)還是成功的。但是，具體的問題和不足有以下幾項(xiàng)：1．此次設(shè)計(jì)的難度較大，因?yàn)樗o條件非常有限，例如指導(dǎo)書上的圖形，尤其是制冷系數(shù)的圖并沒有全面，25℃以下的系數(shù)無(wú)法查閱，這就需要我們?nèi)ゲ楸砹耍鴮?shí)際上是大部分?jǐn)?shù)據(jù)要自己查資料和看表，而很多參數(shù)很難找到，也很容易混淆，所以中間走了不少?gòu)澛贰Ａ硗?，發(fā)現(xiàn)不同的參考資料的參數(shù)也有一些差別，這使我們很難做出正確的選擇。由于參考數(shù)據(jù)的來(lái)源不同，查圖表過程中也會(huì)出現(xiàn)不可避免的誤差，所以導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)存在一定的誤差。2．運(yùn)算量大，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性很大，過程中如果出現(xiàn)不符合要求的數(shù)據(jù)就得重新再運(yùn)算，所以要反復(fù)嘗試新的設(shè)計(jì)規(guī)格，使雷諾數(shù)、傳熱面積、安全系數(shù)等符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)于校核中的各項(xiàng)，實(shí)際流速、雷諾數(shù)、傳熱面積、安全系數(shù)等經(jīng)過了反復(fù)的重新演算，在合理范圍之外的時(shí)候，就重新在設(shè)定的管數(shù)等等修改，這也增加了我們完成設(shè)計(jì)的難度，但是經(jīng)過多次修正，還是得到了較為合理數(shù)據(jù)。3．Δt的大小主要由冷卻水的進(jìn)出口溫度、冷凝劑的冷凝溫度決定。從中可以看出它的取值非常重要，同時(shí)還涉及傳熱系數(shù)的數(shù)值，因此要擇最佳溫度以確保合適的平均溫差Δt。而且，因?yàn)椴磺宄蟾诺墓に嚄l件，很難一下子選定一個(gè)正確的方案，例如在內(nèi)徑、長(zhǎng)度的選取時(shí)，沒有處理量對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，需要不斷的摸索，最后才能符合長(zhǎng)徑比；本設(shè)計(jì)由于計(jì)算次數(shù)有限，未能進(jìn)行多次的選擇，所得數(shù)據(jù)未必最佳，是一個(gè)非常需要耐心和細(xì)心的工作。若用計(jì)算機(jī)編程對(duì)有關(guān)系數(shù)進(jìn)行篩選，則可以優(yōu)化所選的數(shù)據(jù)，且可以節(jié)約時(shí)間。但本設(shè)計(jì)由于水平、時(shí)間有限，未能進(jìn)行編程處理，設(shè)計(jì)存在缺陷。4.經(jīng)濟(jì)的因素考慮得不夠。冷凝器設(shè)計(jì)的成敗在很大程度上取決于工作者對(duì)工程概念的認(rèn)識(shí)和對(duì)生產(chǎn)操作工況的熟練程度，這些都要求我們不斷積累經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)系統(tǒng)的要求采取有針對(duì)性的措施，真正達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能的目的?！?】總的來(lái)說(shuō)，本次課程設(shè)計(jì)是一次理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)操。通過本次課程設(shè)計(jì)，我們的獨(dú)立工作能力、計(jì)算能力、設(shè)計(jì)動(dòng)手能力都得到了極大的提高。雖然設(shè)計(jì)出來(lái)的冷凝器在一定程度上不成熟，但設(shè)計(jì)過程中，對(duì)課本的知識(shí)掌握得更加清晰、牢固了。在設(shè)計(jì)的過程中鍛煉了我們的統(tǒng)籌、創(chuàng)新、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；在反復(fù)復(fù)雜的演算過程中既鍛煉了我們的計(jì)算能力，鍛煉了耐性。這是一個(gè)非常難忘、獲益匪淺的一次設(shè)計(jì)作業(yè)。

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