食品工程原理课程设计.docx

1、食品工程原理课程设计食品工程原理课程设计一管壳式冷凝器设计食品工程原理课程设计任务书 流程示意图 设计方案的确定 冷凝器的造型计算 6核算安全系数 管壳式冷凝器零部件的设计 设计概要表 It主体设备结构图设计评论及讨论 H参考文献 15（一）食品科学与工程设计任务书一、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制冷剂（如M2、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Q.= I7OOKW；2、 高温库,工作温度0JC,采用回热循环；$、冷凝器用河水为冷却剂，取进水温度为26*28C：眼 传热面积安全系数515%。四、 设计要求：1

2、对确定的设计方案进行简要论述；2物料衡算、热量衡算；$确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸；几计算阻力;5编写设计说明书（包括：封面；|_1录；设计题日；流程示意 图；流程及方案的说明和论证；设讣讣算及说明；主体设备结构图； 设计结果概要表；对设计的评价及问题讨论；参考文献。）6绘制工艺流程图、管壳式冷凝器的的结构（$号图纸）、花板布置图（5 号或理号图纸）。（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，共分为彳个阶段, 分別是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。I 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 J 高温高压的r-

3、n蒸汽进入冷凝器：r-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。A液态f-22不断贮存在贮氨器中：出勺 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 I 低压的f-M蒸汽在蒸发器中不断的吸收周囤的热量而汽化，然后又被压 缩机吸入，从而形成一个循环。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。所设讣的卧式管 壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水迟管程，一22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）设计方案的确定设计方案的确定包括制冷剂的选择、冷凝器型式的选择、流体流入冷凝器 空间的选择

4、、冷却剂的选择及其进出口温度的确定等。一、冷凝器造型与冷凝剂的选择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r-M为制冷剂，一伽化学式为cnr2ci,名称为二氟一氯甲 烷，标准沸点为-40e8C，凝固温度为一I60C,不燃烧，不爆炸，无色，无味。冷凝器型式的选择：本方案釆用卧式壳管式冷凝器。卧式管壳式水冷凝器的优点是：I、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；$、冷却水进、出口温差大，耗水量少;乩 为增加其传热面积，22所

5、用的管道采用低肋管;5、室内布置，操作较为方便。二、 流体流入空间选择山于冷却剂为河水，根据不洁净或易结垢的物料应当流经易清洗的一侧，饱和蒸汽一般应通入壳程，以便排出冷凝液，被冷却物料一般走壳程，便于散热和减少冷却剂用量，所以确定冷却水走管程，冷凝剂（M2）走壳程。三、 流速选择查得列管换热器管内水的流速，管程为0$壳程02l.5m/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l.5m/o四、 冷却剂适宜出口温度的确定任务书要求进水温度为26*18C,选择进口温度Co卧式冷凝器的端部最大温差（孔占）可取7*M C,冷却水进口温差为吗10 Co提高冷凝器的

6、传热平均温差 t =仝二可以冷凝器的传热面积In山lk _t2F _ Ql _Qlkn q ,从而减少传热面积、降低成本。前提是出口水温度不能上2高于 冷凝剂的冷凝温度tk，跨程温差小于28 Co所以确定出口水温度上2=皿 6 冷凝剂（M2）的冷凝温度tk=J5 Co五、 冷凝剂的蒸发温度和过冷温度确定冷凝器的热负荷Qi减少系数p可以有效降低热负荷。其中热负荷 系数（P受冷凝温度和蒸发温度影响，蒸发温度提高，可以降低热负荷系数（P o 曲于冷凝剂的蒸发温度要比工作温度低8*IOC,已知工作温度为0C,即5取值8=C。综上所述，确定蒸发温度=-IO Co冷凝器内过冷一般不小于lC,取过冷温度tg

7、=52Co六、管体材料及管型的选择选取规格为18x2.5的换热器用普通无缝钢管，则d0 = 58mm, d =55mm,8 p=25mm冷凝器的任务是将压缩机排出的高温高压气态制冷剂冷却使之液化。一、冷凝器的热负荷Ql= a式中：冷凝器的热负荷；Kui0 制冷量；20 =l700kuio（P 系数，与蒸发温度、冷凝温度J、气缸冷却方式以及制冷剂种类 有关。蒸发温度to=-IOC,冷凝剂（42）的冷凝温度tk=J5C,得系数（p =l.l9o总=I.I9X l700kui= 2025kuio二、预算冷凝器的传热面积在水冷式冷凝器中，卧式管壳冷凝器的制冷剂在管外冷凝，冷却水在管内 流动。=2 =鱼

8、 K/ q式中：f一一冷凝器的传热面积，m2传热系数，ui/ (m -K)；A t一一传热平均温度差，C；q 单位面积热负荷，in/ m 2 o,卧式管壳式(氟利昂)冷凝器的传热系数K=800w/ (m-K)o 2上亠寻经Ct t i 35 - 26-仃 fi In ln7TT 35-32 Ik hf = 2023*1000=4639 :800*5.45 rn三、冷凝器冷却水用量计算水冷式冷凝器的冷却水用量可以用下式求得:式中：01冷凝器的热负荷，Kui；OP冷却水的定压比热,KJ/ (kg K),淡水取4.186；冷却水进、出冷凝器的温度，K或。C。2023则:体积流量M = 4.186；

9、02-26) *泌渤叭肌也4冷却水体积二 =0.081 mJ/ (p =998 ka/m )q*36004.管数、管程数I管数 山下式求得单程管子总数n4式中：Y管内流体的体积流量，m* /：d管子内直径，m；u流体流速，m/：查“热交换器用普通无缝钢管”表【1,选取规格为58X2.5的热交换用普通无缝钢管，其内径而流体的流速1.5 m/o则：“= _ = 63.17 取整-xO.O332 xl.54取整后的实际流速a = ,= 空（巴* _ = 1.48? / smid1 3.14x64x0.0332管程数 按单程冷凝器讣算，管速长度为I,则L= A3.14/zJ式中：f传热面积，A取预算传

10、热面积；其他符号同前，L = = 69.97 m.64x3.14x0.033则：管程数为mLm =式中：I一一按单程计算的管长，m：I一一选定的每程管长，m；按管材一般出厂规格为6ffi,贝畀可取I、1.5.2、$、等，取 l = 6m。m=69e97/6= 11.66,取整 mW采用6管程后，冷凝器的总管数I1T为：nT=n - m=768根（五）核算安全系数一、雷诺数计算及流型判断实际流速：= l48m/s雷诺数：Re = =0.033x1.48x998 =6083665 80.12x10，所以流型为湍流。二、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

11、不计算流动阻力。冷却水的阻力可按下式计算：式中：2一 管道摩擦阻力系数，湍流状态下，钢管X =0.11Re-0.2；Z冷却水流程数；I每根管子的有效长度，m；d 管子内直径m：u 冷却水在管内流速，m/：9 重力加速度，m/2 ；工一局部阻力系数，可近似取为工 =4ZoHt =2- Z + Yg = 0,027x 4xL48_x12 + 4x12x- = 8.01mK 柱d 2g J 2g 0.033x2x9.8 2x9.8三、安全系数I 管外总传热面积:=ntnd.|=768X 5. MX 0.0J8X6 = 5fl9.8J/n2管内总传热面积：A, =nTn 11 = 768X5.14X0

12、.0II X6=477.48/2$ 实际总传热面积：A=（儿 + 仏）/2= （M98$=lOOOmmoI.壳体厚度w+c 式中：一外壳壁厚，gP操作时的内压力，n/cm2 （表压），根据壁温查得为80=h65安全系数107%冷却水阻力& J2mH.O管道换热管类型G S8x25mm 光滑无缝钢管制冷剂氟利昂2总管数768管外流速0.55m/每程管数64蒸发温度-10 C管程数12冷凝温度J5 C管长6过冷温度J2 C管子的排列方式正二角形排列单位制冷量H9LS5kJ/k9管心距制冷循环量04065k9/偏心角7（八）主要符号表序号名称符号单位序号名称符号单位1焙1kj/k915壳体厚度/mm

13、t压力PQia单位制冷量kj/kgS温度tC17制冷循环量&kg/4流速Um/ia热负荷Qikui5粘度UPo-/冷却水用量Xg/h6密度Pkg/mto体积流量m*/7阻力HfmHtOti传热面积Am*比热OpJ/k9 ktt汽化潜热rkj/kg管径mti污垢热阻Rmk/uj10管数n导热系数Xui/mkII管程数mts摩擦阻力系数It总管数flrt6传热系数uj/mkII管心距Clmm17传热膜系数aui/mkM壳体直径Dmm（九）主体设备结构图蒸发器流程及原理：经压缩机圧缩的氨气先在冷凝器中被冷却，向冷却水放出热量, 然后流经回热器被返流水进一步冷却并进入节流阀绝热膨胀压缩气体的压力 和温

14、度同时下降。膨胀后的氨气进入蒸发器，吸取被冷却物体的热量，即达到制 冷的U的。此后，气体返流经过回热器，同压缩气体进行热交换后乂进入压缩机 中被压缩。具体结构设计图，见附录CUD图。（十）设计评论及讨论本设计由给定的冷库冷负荷，进口水温度，高温库工作温度等已知数据来确 定出口温度、传热面积、流速、管径等数据来完成设计，其中有部分参数和计算 公式需要查找相关资料，如化工手册和实用冷冻手册，各种资料中查出的参考计 算公式和数据有所不同，导致再整个设计工程中，设计思路产生分歧，产生儿种 设计方案，经过反复验证和数据计算才确定其中一种，山于参考数据的来源不同, 可能导致设计结果存在误差。其次，计算过程

15、中各个步骤要经过反复的校核，符合要求才能继续，如计算 管程数时需校核径比。计算结束后要进行校核，要求雷诺数ROI04,传热系数 (700-800),安全系数在5-15%内，经过校核计算，都能满足要求，如果 不考虑经济其他因素，这个设计是成功的。这次的课程设计很好地检验了本人掌握工程原理知识的程度，暴露出各种不 足之处，让本人可以及时纠正存在的不足和错误，加深我对这门课程的了解，如 使我更全面的了解到冷凝器的结构和要求，进一步了解冷凝器的各种知识等，学 到了很多书本上没有的东西。我深刻体会到只有课内课外相结合，最后的设计结 果才能比较符合实际，在本方案设计过程中，山于受到各种条件的限制，不能更好的解决设计中遇 到的问题，所以造成很多不合理或设计不够理想的地方，请老师多多包涵，指出 其错漏之处！(十一)参考文献1 李雁宋贤良.食品工程原理课程设计指导书华南农业大学印刷厂印刷.20062 李云飞葛克山.食品工程原理中国轻工业出版社.2001巧高福成.食品工程原理中国轻工业出版社.1998