李长海30600510.docx
- 文档编号:24616112
- 上传时间:2023-05-29
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:194.44KB
李长海30600510.docx
《李长海30600510.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《李长海30600510.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
李长海30600510
姓名:
李长海
班级:
08食品科学与工程5班
学号:
200830600510
指导老师:
李璐
设计时间:
2010.12
目录
一.设计题目
(一)设计题目-------------------------------------------------------4
(二)设计任务-------------------------------------------------------4
(三)设计条件-------------------------------------------------------4
(四)设计要求-------------------------------------------------------4
二.工艺流程图及说明---------------------------------------------------4
三.工艺流程方案及说明论证
1、制冷剂的选择-----------------------------------------------------5
2.流体流入空间的选择----------------------------------------------5
3.冷凝器的造型选择------------------------------------------------6
4.流速的选择--------------------------------------------6
5.冷却剂适宜出口温度的确定------------------------------6
6.管束材料的选择----------------------------------------6
四、设计计算及说明
1.1冷凝器的选型计算
1.1.1冷凝器的热负荷
1.1.2冷凝器的传热面积的估算
1.1.3冷凝器冷却水用量的计算
1.1.4管数、管程数和管数的分程、管子的排列
1.1.4.1管数
1.1.4.2管程数和总管数的确定
1.1.4.3管子在管板上的排列
1.1.5壳体直径和厚度的计算
1.1.5.1壳体直径的计算
1.1.5.2壳体厚度的计算
1.2设计核算
1.2.1热量核算
1.2.2雷诺数和阻力核算
1.2.3安全系数核算
六.设计数据结果概要表-------------------------------------------------
七.设计的评价及问题讨论----------------------------------------------
八.主要参考文献---------------------------------------------------
一设计题目
(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的制冷剂(如F-22、氨等)过热蒸汽冷气,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Q0=学生学号最后2位数×100(Kw)
2.高温库,工作温度0~4℃,采用回热循环;
3.冷凝器用河水为冷却剂,每班分别可取进口水温度:
17~20℃(1班)、21~24℃(2班)、25~28℃(3班)
13~16℃(4班)、9~12℃(5班)、5~8℃(6班)
4.传热面积安全系数5~15%;
(四)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.确定管壳式冷凝器的主要结构尺寸;
4.计算阻力;
5.编写设计说明书(包括:
①封面;②目录;③设计题目(任务书);④流程示意图;⑤流程及方案的说明和论证;⑥设计计算及说明(包括校核);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
三流程和方案的说明和论证
1制冷剂的选择
制冷剂又称制冷工质,是制冷循环的工作介质,利用制冷剂的相变来传递热量,既制冷剂在蒸发器中汽化时吸热,在冷凝器中凝结时放热。
当前能用作制冷剂的物质有80多种,最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。
考虑到制冷剂的实用性和经济性,最终选择氨作为此次制冷循环的制冷剂,原因主要有以下几个方面:
(1)、氨(R717、NH3)是中温制冷剂之一,当冷却水温度达30℃时,冷凝器中的工作压力一般不超过1.5MPa;
(2)、氨的临界温度较高(tkr=132℃)。
氨的汽化潜热大,在大气压力下为1164KJ/Kg,单位容积制冷量也大,氨压缩机尺寸可以较小;
(3)、纯氨对钢铁无腐蚀作用,但当氨中含有水分时将腐蚀铜和铜合金(磷青铜除外),故在氨制冷系统中对管道及阀件均不采用铜和铜合金;
(4)、氨在常温下不易燃烧。
2流体流入空间的选择
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,本实验中确认了冷却时河水,河水比较脏,硬度也比较高,受热后易结垢,流管内便于清洗,所以选择冷却水走管程,氨走壳程。
3冷凝器的造型选择
由于卧式冷凝器具有大、中、小型氨的制冷装置都可采用,结构紧凑和传热效果等优点,所以选择它作为冷凝器的造型。
4流速的选择
根据设计指导中的表1列管换热器内常用的流速范围,综合考虑尽可能使流动的Re>104,加上流速增大,流体流动产生湍流,有利于传热膜系数的增大,同时还可以减少污垢在管子表面沉积的可能性,从而降低污垢热阻而使K值提高,所需传热面积减少,设备投资费减少。
但过大的流速会使流动阻力增加,动力消耗增加,增加生产成本等原因,选择冷却剂的流速为1.2m/s.
5冷却剂适宜出口温度的确定
根据设计要求,冷却剂的进口温度必须在9~12℃,根据广州河水的实际情况,取进口温度为12℃,对于出口温度的选择主要根据选择河水做冷却剂,选用较低的出口温度可使传热的平均温差较大,所需传热面积较少,设备费用也减少,还有设计选择的冷凝器类型是卧式水冷式冷凝器,温差最好控制在4—20℃,综合考虑之后选择冷却剂的出口温度为16℃.
6管束材料的选择
目前较为常见的管束材料有铜和钢两种,由于氨气会腐蚀铜,所以选择用φ25×2mm的不锈无缝钢管作为管束材料。
四设计计算和说明
1.1冷凝器的选型计算
1.1.1冷凝器的热负荷
根据
kw,式中QL——冷凝器的热负荷;Q0——制冷量;已知Q0=1000kw.根据提前设定好的氨的冷凝温度
℃蒸发温度
=-10℃,可在图3b中查得得到
=1.081.所以冷凝器的热负荷
1.1.2冷凝器的传热面积的估算
在水冷式冷凝器中,卧式管壳式冷凝器的制冷剂在管外冷凝,冷却水在管内流动。
其传热面积可用下式计算:
,
式中q为单位面积热负荷,w/m2;F——冷凝器的传热面积,m2;QL——冷凝器的热负荷,w;K=传热系数,
;
——传热平均温差,℃;
根据表4各种冷凝器的热力性能,取K=750
,
由下式求得:
℃
将
和K值代入到F值的求导式中,就可大致估算出传热面积为211.96
。
1.1.3冷凝器冷却水用量的计算
水冷式冷凝器的冷却水用量可由下式求得:
其中
——冷却水的定压比热,Kj/(
);淡水可取4.186,海水取4.312;本设计用河水作为冷凝水,则
=Kj/(
)。
所以可得到冷凝器中冷却水的用量M为
1.1.4管数、管程数和管数的分程、管子的排列
1.1.4.1管数
选定了管内流速和管径后,可由下式求得单程管子总数n:
其中V为管内流体的体积流量,
;d为管子内直径,m;u为流体流速,m/s。
又
,所以
1.1.4.2管程数和总管数的确定
按单程冷凝器算,管速长度为L,则
,本设计中由于长径比L/D>3—8,所以采用多管程解决。
管数m,则
采用多管程后,冷凝器的总管数NT
1.1.4.3管子在管板上的排列
(1)排列方式
管子在管板上的排列方式有三种:
同心圆法、正三角形法和正方形法。
当壳程流体是不污浊性介质时,采用正三角形。
氨符合这一要求,故将管子在管板上排列方式取正三角形法。
(2)管心距
根据设计指导书中采用胀接法amin≥1.25d0,即amin≥31.25mm,另外还要考虑作花板布置的空间,最外层管中心至壳体内表面的距离不应小于(
d0+100)mm=112.5mm由此,根据表7选取管心距a=32mm
(3)偏转角度
当卧式冷凝器的壳程为蒸汽冷凝,且管子按等边三角形排列时,为了减少液膜在列管的包角及液膜厚度,管板在设置时,其轴线应与设备的水平轴线偏转一定的角度
,即偏转角度。
根据设计书的表8和所选的管径、管心距,选择
1.1.5壳体直径和厚度的计算
1.1.5.1壳体直径的计算
壳体内径:
,
其中:
D为壳体内径,mm;a为管心距,mm;b为最外层的六角形对角线上的管数;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,本设计取e=1.5d0。
则,D=32×(27-1)+37.5×2=907mm
1.1.5.2壳体厚度的计算
当热交换器受内压时,外壳的厚度s可用下式计算:
其中:
s为外壳壁厚,cm;P为操作时之内压力,N/cm2;[б]为材料的许用应力,N/cm2;
为焊缝系数,单面焊缝
=0.65,双面焊缝
=0.85,此设计选择双面焊缝;C——腐蚀裕度,其值在(0.1~0.8)cm之间,此处取0.7cm;D——外壳内径,cm。
操作时的内压力主要是有氨气引起的,所以通过查询氨的压焓图,得到氨在该操作条件下的绝对压力为85N/cm2,所以P=85-10.13=74.87N/cm2所以
满足设计指导书中表9的最小壁厚12mm的要求,设计合理。
1.2设计核算
1.2.1热量核算
1.2.2雷诺数和阻力核算
(1)冷却水在壳程内流动,其雷诺数Re为
满足设计的要求。
(2)冷凝器的阻力计算只需计算管程冷却水的阻力,当冷凝器的结构尺寸确定之后,即可按下式计算冷却水的阻力:
其中:
为管道的摩擦阻力系数,本设计使用钢管
=0.22Re-0.2;Z为冷却水流程数;L为每根管的有效长度;d为管子内径u为冷却水在管内的流速,m/s;g为重力加速度,m/s2
-局部阻力系数,可取近似值
=4Z。
所以:
1.2.3安全系数核算
(1)传热系数的核算
光管水冷凝器的传热系数,以管外表面积为基准K0可用下式求得:
其中:
式中a0为管外制冷剂冷凝膜系数,w/m2﹒K;ai为管内冷却水的传热系数,w/m2﹒K;A0为基管外表面积,m2;Ai为基管内表面积,m2;Am为基管平均面积(实际传热面积),m2;Ri为水侧垢层热阻,查阅课程设计指导书表5,水流速度大于1m/s的澄清的河水的热阻值为0.18×10-3㎡·k/w;Ro为制冷剂侧污垢热阻,㎡k/w;因为冷剂为氨,可取Ro=0.35×10-3~0.6×10-3;此处取
δp——管壁厚度,0.002m;λp——管壁导热系数,采用钢,43.15w/mk。
除了可以直接取得的量外,要计算传热系数还要计算
、A0、Ai、Am的值。
于是有:
为制冷剂的冷凝膜传热系数,根据食品工程原理课本中的公式,其可以通过下式求得
其中根据本实验的操作温度(
℃),查得:
所以
w/m2﹒K
可由下式求得:
其中,根据操作条件求得
KJ/(kg.K)。
所以:
w/m2﹒K
因此可以求得传热系数
=740.4
此结果与设计要求的传热系数必须在700到900之间的设计要求吻合,符合生产实际。
(2)安全系数
根据《化工原理》课本:
所以本设计的安全系数
满足
安全系数满足设计要求。
五设计结果概要表
项目
指标
冷凝器
冷凝器类型
卧式壳管式冷凝器
冷凝器内径
907
壳体壁厚
30.3
管板壁厚
18.75mm
折流板厚度
10mm
折流板个数
8个
安全系数
13.7
换热管
换热器型号
φ25×2无缝钢管
总管数
576
管程
4程
管长
6m
管子排列方式
组合排列
偏心角
7.0°
管心距
32mm
制冷剂氨
蒸发温度
-10℃
冷凝温度
21℃
过热温度
-6℃
过冷温度
15℃
热负荷
1081kw
单位制冷量
1180kJ/kg
制冷剂总放热量
冷却剂:
水
进口温度
12℃
出口温度
16℃
流速
1.3m/s
冷却水用量
64.56kg/s
冷凝器阻力
2.11m水柱
六对设计的评价及问题讨论‘
七参考文献
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 长海 30600510