壳管式冷凝器设计讲解Word格式文档下载.docx

1、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.确定管式冷凝器的主要结构尺寸；4.计算阻力；5.编写设计说明书一、设计方案的确定及说明。1.冷却水的进出口温度。进口水温度 280C，而一般卧式壳管式冷凝器的冷却剂进出口温度之差为 4100C，本 设计取 60C, 故出口温度为 340C.2.流速的选择查得列管换热器管内水的流速，管程为 0.5 3m/s ，壳程 0.21.5m/s2 ；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.冷凝器的造型和计算3.1水冷式卧式冷凝器的类型本次设计是以海水为冷却剂，选择氟利昂高效

2、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、高压制冷制气等压冷凝成液体，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 R134a 为制冷剂，不燃烧，不爆炸，无色，无味冷凝器型式的选择：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、为增加其传热面积， R134a 所用的管道采用低肋管；5、室内布置，操作较为方便。3.2冷凝器的选型计算3.3冷凝器的热负荷3.4冷凝器的传热面积计算 +3.5 冷凝器的阻力计算4管数、管程数和管子的排列41 管数

3、及管程数4.2管子在管板上的排列方式4.3管心距5壳体直径及壳体厚度的计算51 壳体直径，厚度计算二、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：QL Q0 kw式中 ： QL 冷凝器的热负荷， kw；Q0 制冷量， 360kw ； 系数，与蒸发温度 t k、气缸冷却方式及制冷剂种类有关，由食品工 程原理设计指导书图 3查出。在蒸发温度 t0为 5，冷凝温度 tk 为 40，查得 为 1.93。QL =1.93 360= 695kw2、传热平均温差：t t2 t1 =5.450Ctk

4、 t1lntk t23、冷凝器的传热面积计算：根据选用卧式管壳式水冷冷凝器及设计指导书表 4 各种冷凝器的热力性能， 取传热系数 为 800 w/ （ k ）F QL 0Kt式中： K 传热系数， w/ 、；F 冷凝器得传热面积，； t 传热平均温差，由食品工程原理设计指导书表 3 中可取 750）QL 冷凝器得热负荷， w；又 t=5.45F 3451 1000 791.5m2800 * 5.453600 496070.9 kg h4.174 （32 26）5、冷凝器冷却水体积流量：kg /m 3 取 995.7 kg / m3 ；0.138 m3 sM 496070.9kg / h3360

5、0 995.7kg/m3 36006、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 由制冷原理及设备一书查得，冷凝器内冷却水在管内流速可选取 1.5 m/s 。设计中选用 382.5mm不锈无缝钢管作为冷凝器内换热管。V 管内流体的体积流量， /s；n 0.138 107.6 圆整为 108 3.14 20.0332 1.52）管程数：管束长度 L Fnd F 传热面积，；L 按单程计算的管长， m管程数 m Ll 取 6m 。l l 为选定的每程管长， m，考虑到管材的合理利用，m 70.73 11.79 圆整为 126所以冷凝器的总管数 NT 为NT n m 108 1

6、2 1296 根3）管心距 查 错误！未找到引用源。 可得管心距 =48mm 错误！未找到引用源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=a （b-1） +2e D 壳体内径， mm ；a 管心距， mm ； b 最外层的六角形对角 线（ 或同心圆直径 ）；e 六角形最外层管子中心到壳体内壁的距离。一般取 e=（11.5）d0，这里取 1.4。D= 48（391）21.433

7、 =182492.4=1916.4mm 圆整为 2000mm2）壳体厚度 （s）的计算PD s 外壳壁厚， cm；P 操作时的内压力， N/cm 2（表压），根据壁温查得为 80.8N/cm 2 材料的许用应力， N/cm 2；查得不锈无缝管YB804-70的许用应力是 13230 N/cm2 焊缝系数，单面焊缝为 0.65，双面焊缝为 0.85；（取单面焊缝）C 腐蚀裕度，其值在（ 0.10.8）cm 之间，根据流体的腐蚀性而定；取 0.7D 外壳内径， cm。0.7 1.64cm80.8* 20002 13230 0.65 80.8适当考虑安全系数及开孔的强度补偿措施，决定取 s=17mm

8、二）设计校核1.雷诺数计算及流型判断冷凝器冷却水用量：M QL 3451 137.8kg / sCp （t2 t1） 4.174 （32 26）实际流速： u 1.49m / s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，钢管 =0.22Re-0.2；Z 冷却水流程数；L 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/s ；g 重力加速度， m/s2；局部阻力系数，可近似取为 =4ZHfL u2d 2gu2g0.02724 1.492

9、0.033 2 9.812 4 121.492 9.85.36m水柱4.传热面积安全系数AA 100%A A 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：A1 NTd0l12963.140.0386927.8m2管内总传热面积：A2 NTdl12960.0336805.7m2实际总传热面积：A（ A1 A2）/2（927.82805.7）/2=866.8 m2理论总传热面积： 791.5m2安全系数 （ 866.8 791.5）/ 791.59.5一般要求安全系数为 3 15（ 0.030.15），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

10、， m。L/D= 6/1.9164= 3.13符合 38 范围要求五、设计结果主要参数表序项目结果9冷凝换热管无缝钢管管程12材料110换热管规格382.5总管数1296mm11单程管数108管心距48mm轴线偏转角7冷库冷负360kw度4荷六、设计评论因为城市位于海边，有大量海水资源。冷却可使用海水进行，可以节省宝贵淡水资源，推进可持续发展。但是海水对管路设备腐蚀较大，应采用耐腐蚀材料，此项会增加投资成本。且海水中杂 质较多，应在制冷机组中其他部位增添除杂装置，以此延长使用寿命。七、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 . 20023高福成. 食品工程原理 . 中国轻工业出版社 . 1999