壳管式冷凝器设计Word格式.docx
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传热管:
每英寸19片的滚轧低肋铜
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28°
C,而一般卧式売管式冷凝器的冷却剂进出口温度之差为4—10°
C,本设计取6°
C,故出口温度为34°
C.
2.流速的选择
查得列管换热器管水的流速,管程为0.5〜3m/s,壳程0.2〜1.5m/s[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,选择氟利昂髙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
4.1管数及管程数
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
5.1壳体克径,厚度计算
二、设计计算及说明(包括校核)
(一)设计计算
h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,可用制冷剂的压一焙图算出。
公式如下:
05)kw
式中:
Ql冷凝器的热负荷,kw;
Qo制冷量,360kw;
0系数,与蒸发温度tk、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。
在蒸发温度山为5£
冷凝温度氐为40aC,查得0为1.93o
(2L=1.93X360=695kw
2、传热平均温差:
3.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800w/(m2•k)
F=20
KAr
K传热系数,w/m2.°
C;
(由《食品工程原理设计指导书》表3中可取750)
F冷凝器得传热面积,nf;
冷凝器得热负荷,w;
Z传热平均温差,°
又厶t=5・45°
Ql-冷凝器的热负荷,kw;
Cp冷却水的定
压比热,KJ/kg・k;
淡水可取4.186;
"
-冷却水进出冷凝器得温度,K
或°
G冷却水进出冷凝器得温度,K或£
。
4.174;
(32-26)X36Q0=496070-9^
5、冷凝器冷却水体积流量:
V=-—kglnv
P
p取995.7^//?
?
3;
V=丄_="
9M=0.138林
qx3600995・7kg/〃Fx3600
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由《制冷原理及设备》一书查得,冷凝器冷却水在管流速可选取
V
1.5m/so设计中选用038X2.5mm不锈无缝钢管作为冷凝器换热管。
n=
—d2u
4
V管流体的体积流量,nf/s;
d管子直径,m;
«
流体流速,m/s。
圆整为108
0.138
n=——=107.6
314
x0.0332xl.5
4V4x0138
取整后的实际流速心硕*4x叽0.033广2皿
2)管程数:
管束长度L—尸
H7U.I
F传热面积,ml;
L按单程计算的管长,m。
.791.5”和
L==70.73m
108x3.14x0.033
管程数
L
m=—
/为选定的每程管长,叫考虑到管材的合理利用,/取6叽
„=2212=11.79圆整为126
所以冷凝器的总管数N?
•为
N[・=h-m=108x12=1296根
3)管心距
a
查可得管心距a
=48mm
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径.
D二a(b-1)+2e
D壳体径,nun;
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壁的距离。
一般取e=(l〜1.5)do,这里取1.4。
D=48X(39-1)+2X1.4X33=1824+92.4=1916.4mm圆整为2000inm
2)壳体厚度(s)的计算
PD
s=+C式中:
s外壳壁厚,cm;
2册-P
操作时的压力,N/ci『(表压),根据壁温查得为80.8N/cm2
查得不锈无缝管YB804-70的许用应力是13230N/cm2
焊缝系数,单面焊缝为0.65,双面焊錢为0.85;
(取单面焊缝)
C腐蚀裕度,
其值在(0.1〜0.8)cm之间,根据流体的腐蚀性而定;
取0.7
D外壳径,cnu
80.8*2000
2x13230x0.65-80.8
适当考虑安全系数及开孔的强度补偿措施,决定取s=17mm
(二)设计校核
1•雷诺数计算及流型判断
实际流速:
u=1.49m/5
壬井虬c(hip0.033xl.49x995.7八t
雷诺数:
Re=—^-=——=61106.6>
10*
p80.12x10*
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:
uL,u~'
^―1it
Hf=AZ+〉8—
f厶2g
2管道摩擦阻力系数,湍流状态下,钢管X=0.22Re-0.2;
Z冷却水流程数;
L毎根管子的有效长度,m;
d管子直径,m;
u冷却水在管流速,m/s;
g重力加速度,m/s'
;
工*一一局部阻力系数,可近似取为工e=4Zo
I;
/2u4x1492149
Ht=2Z+V8^=0.027xx12+4xl2x—:
=5・36〃?
水柱
〃2g12g0.033x2x9.82x9.8
4.传热面积安全系数
A
A实际布置所得的传热面积,m2;
q理论传热面积,m2
管外总传热面积:
A=Nt兀cM=1296X3.14X0.038X6=927.8m2
管总传热面积:
A2=Ntndl=1296X3.14X0.033X6=805.7m2
实际总传热面积:
A=(+A2)/2=(927.8+2805.7)/2=866.8m2
理论总传热面积:
A'
=791.5m2
安全系数£
=(866.8-791.5)/791.5=9.5%
一般要求安全系数为3%〜15%(0.03^0.15),故本设计合符要求。
5.长径比L/D
L毎程管长,m;
D壳体径,m。
L/D=6/1.9164=3.13
符合3飞围要求
五、设计结果主要参数表
序
项目
结果
9
冷凝换热管
材料
无缝钢管
2
1
管程
12
10
换热管规格
<
i)38X2.5
mm
总管数
1296
11
单程管数
108
3
管心距
48mm
轴线偏转角
度
7°
冷库冷负
荷
360kw
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,应釆用耐腐蚀材料,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]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,2006
[2]云飞,克山.《食品工程原理》.中国轻工业.2002
[3]高福成.《食品工程原理》.中国轻工业.1999
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- 壳管式 冷凝器 设计