壳管式冷凝器设计讲解Word格式文档下载.docx
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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4—100C,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0.2~1.5m/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
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:
QLQ0kw
式中:
QL————冷凝器的热负荷,kw;
Q0————制冷量,360kw;
————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t0为5℃,冷凝温度tk为40℃,查得为1.93。
QL=1.93×
360=695kw
2、传热平均温差:
tt2t1=5.450C
tkt1
ln
tkt2
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/(㎡·
k)
FQL0
Kt
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=5.45℃
F34511000791.5m2
800*5.45
3600496070.9kgh
4.174(3226)
5、冷凝器冷却水体积流量:
kg/m3
————取995.7kg/m3;
0.138m3s
M496070.9kg/h
3
3600995.7kg/m33600
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,冷凝器内冷却水在管内流速可
选取1.5m/s。
设计中选用38×
2.5mm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;
n0.138107.6圆整为1083.142
0.03321.5
2)管程数:
管束长度LF
nd
F—
——传热面积,㎡;
L———按单程计算的管长,m
管程数mL
l取6m。
l
l为选定的每程管长,m,考虑到管材的合理利用,
m70.7311.79圆整为12
6
所以冷凝器的总管数NT为
NTnm108121296根
3)管心距а
查错误!
未找到引用源。
可得管心距а=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=(1~1.5)d0,这里取1.4。
D=48×
(39-1)+2×
1.4×
33=1824+92.4=1916.4mm圆整为2000mm
2)壳体厚度(s)的计算
PD
s———外壳壁厚,cm;
P———操作时的内压力,N/cm2(表压),根据壁温查得为80.8N/cm2
[σ]——材料的许用应力,N/cm2;
查得不锈无缝管
YB804-70的许用应力是13230N/cm2
φ———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(0.1~0.8)cm之间,根据流体的腐蚀性而定;
取0.7
D———外壳内径,cm。
0.71.64cm
80.8*2000
2132300.6580.8
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
冷凝器冷却水用量:
MQL3451137.8kg/s
Cp(t2t1)4.174(3226)
实际流速:
u1.49m/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λ=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Σε=4Z
Hf
Lu2
d2g
u
2g
0.027
2
41.492
0.03329.8
12412
1.49
29.8
5.36m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=NTπd0l=1296×
3.14×
0.038×
6=927.8m2
管内总传热面积:
A2=NTπdl=1296×
0.033×
6=805.7m2
实际总传热面积:
A=(A1+A2)/2=(927.8+2805.7)/2=866.8m2
理论总传热面积:
=791.5m2
安全系数ε=(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
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
项目
结果
9
冷凝换热管
无缝钢管
管程
12
材料
1
10
换热管规格
φ38×
2.5
总管数
1296
mm
11
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,2006
[2]李云飞,葛克山.《食品工程原理》.中国轻工业出版社.2002
[3]高福成.《食品工程原理》.中国轻工业出版社.1999
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