管壳式换热器设计Word下载.docx
《管壳式换热器设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管壳式换热器设计Word下载.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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（3号图纸）、及花板布置图（3号或者4号图纸）。
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。
12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；
23高温高压的氨蒸汽进入冷凝器；
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。
44’液态氨不断贮存在贮氨器中；
4’5使用时氨液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器；
51低压的氨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，氨蒸汽走壳程。
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
查得列管式换热器常用流速范围
流体种类
一般流体
易结垢液体
气体
流速
管程
0.5～3m/s
＞1m/s
5～30m/s
壳程
0.2～1.5m/s
＞0.5m/s
3～15m/s
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=15℃。
而一般卧式管壳式冷凝器冷却剂的进出口的温度之差为
5～10℃，本方案取为6℃，所以出口温度为21℃。
高温库工作温度为0～4℃，本设计取0℃；
氨的标准沸点为－33.3℃，凝固点为－77.7℃。
制冷剂蒸发温度一般比库内空气低8～12℃，本设计取=－10℃；
本设计取冷凝温度=25℃；
过冷温度比冷凝温度低3～5℃，取=21℃；
过热温度比蒸发温度高3～5℃，取=－6℃。
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，氨做制冷剂，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。
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、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：
kw
式中：
————冷凝器的热负荷，kw；
————制冷量（冷负荷），800kw；
————制冷系数，与蒸发温度tk、气缸冷却方式及制冷剂种类有关，在蒸发温度为－10℃，冷凝温度为25℃，查得为1.15。
∴=1.15×
800=920kw
2、传热平均温差：
℃
3、冷凝器的传热面积计算：
式中：
—传热系数，w/（㎡℃）（由参考书《化工工艺设计手册》查得K可取950w/（㎡℃））；
————冷凝器得传热面积，㎡；
————冷凝器得热负荷，w；
————传热平均温差，℃
4、冷凝器冷却水用量：
kg/h
式中：
————冷凝器的热负荷，kw；
————冷却水的定压比热，KJ/kg·
k；
河水可取4.183；
————冷却水进出冷凝器得温度，K或℃；
————冷却水进出冷凝器得温度，K或℃。
5、冷凝器冷却水体积流量：
————取998.2；
6、管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定：
1）确定单程管数n
冷凝器内冷却水在管内流速可选取1.5m/s，设计中选用×
2.5mm不锈无缝钢管作为冷凝器内换热管。
单程管数
———管内流体的体积流量，㎡/s；
———管子内直径，m；
———流体流速，m/s。
圆整为80
取整后的实际流速
2）管程数：
管束长度
———传热面积，㎡；
———按单程计算的管长，m。
管程数
考虑到管材的合理利用,为选定的每程管长6m。
圆整为5
所以冷凝器的总管数为
根
3）管心距t和偏转角α
由于采用焊接法，故,
取
4）管子在管板上的排列方式
管子在管板上排列时，应使管子在整个冷凝器截面上均匀而紧凑地分布，还要考虑流体性质，设备结垢以及制造等方面地问题。
由于河水易结垢，正方形排列易于机械清洗，所以选择正方形排列。
管子的排列和挡板、隔板的安排如花板布置图所示（如附图）。
7.壳体直径及壳体厚度的计算
1）壳体直径的计算
壳体的内径应稍大于或等于管板的直径，所以，从管板直径的计算可以决定壳体的内径.
D———壳体内径，mm；
t———管心距，mm；
`
———横过管束中心线的管数
（管子按正方形排列时，n为总管数，故）；
———管束中心线上最外层管的中心支壳体内壁的距离，
（一般取，这里取）；
圆整为1000mm
2）壳体厚度（s）
根据壳体标准尺寸
壳体外径，mm
325
400500600700
8009001000
11001200
最小壁厚，mm
8
10
12
14
所以壳体厚度取14mm.
（二）设计校核
1.雷诺数计算及流型判断
冷凝器冷却水用量：
实际流速：
雷诺数：
>
104
所以流型为湍流。
2.阻力的计算
冷凝器的阻力计算只需计算管层冷却水的阻力，壳程为制冷剂蒸汽冷凝过程，可不计算流动阻力。
冷却水的阻力可按下式计算：
———管道摩擦阻力系数，湍流状态下，光滑管λ=0.024；
l———每根管子的有效长度，m；
u———冷却水在管内流速，m/s；
——局部阻力系数，可近似取为。
3.热量衡算
下图为氨在实际制冷循环中的压焓图
本设计确定：
1）蒸发温度为：
—10℃
2）冷凝温度为：
25℃
3）冷却水出口温度为：
21℃
4）过冷温度为：
5）冷冻冷负荷＝800kw
制冷循环简易流程为：
液体过冷的制冷循环和
基本循环。
根据氨的压焓图查得：
，，，
单位制冷量：
q0=h1－h5=402－235=167kj/kg
制冷循环量：
G＝Q0/q0＝2900×
3600/167＝62515kg/h
单位循环量：
G=Qo/qo=2900/167=17.37kg/s
冷却放热量：
G×
（h2’-h3）=17.37×
（430-415）=260.55
冷凝放热量：
（h3-h4）=17.37×
（415-245）=2952.9
过冷放热量：
（h4-h4’）=17.37×
（245-235）=173.7
过热吸热量：
（h1’-h1）=17.37×
（412-402）=173.7
压缩功：
wt=h2’=h1’=430-412=18
理论的制冷系数：
εt=qo/wt=167/18=9.28
由此可见，本设计热量基本平衡，符合实际要求。
4.传热面积安全系数
———实际布置所得的传热面积，m2；
———理论传热面积，m2
管外总传热面积：
管内总传热面积：
实际总传热面积：
理论总传热面积：
传热面积安全系数ε＝（169.56－）/＝14.6％
满足传热面积安全系数为5％～15％（，故本设计合符要求。
5.长径比L/D
L———每程管长，m；
D———壳体内径，m。
L/D=6/1.9164=3.13
符合3~8范围要求
五、设计结果主要参数表
序号
项目
结果
1
蒸发温度
-6℃
13
管子排列方式
正六边形
2
冷凝温度
32℃
壳体内径
2000mm
3
冷却水进口温度
26℃
15
壳体壁厚
12mm
4
冷却水出口温度
16
长径比
3.13
5
冷却水流速
1.49m/s
17
壳体材料
不锈钢管
6
冷却水阻力
5.45m水柱
18
管长
6m
7
冷却水用量
19
内传热面积
805.7m2
雷诺数
61106.6
20
安全系数
9.5％
9
冷凝换热管材料
无缝钢管
21
换热管规格
φ38×
2.5mm
22
总管数
1296
11
单程管数
108
23
管心距
48mm
轴线偏转角度
7°
24
冷库冷负荷
2900kw
六、主要符号表
名称
符号
单位
焓
i
kj/kg
壳体厚度
s
mm
压力
P
Pa
单位制冷量
q0
温度
t
℃
制冷循环量
G
kg/s
流速
u
m/s
热负荷
QL
粘度
μ
Pa·
M
kg/h
密度
p
kg/m3
升级会员 