管壳式换热器设计毕业设计.docx
- 文档编号:26365890
- 上传时间:2023-06-18
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:360.17KB
管壳式换热器设计毕业设计.docx
《管壳式换热器设计毕业设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《管壳式换热器设计毕业设计.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
管壳式换热器设计毕业设计
管壳式换热器设计毕业设计
食品工程原理课程设计任务书………………………………2
流程示意图……………………………………………………3
设计方案的确定及说明………………………………………4
设计方案的计算及说明(包括校核)………………………5
设计结果主要参数表……………………………………10
主要符号表……………………………………………11
主体设备结构图………………………………………11
设计评价及问题讨论…………………………………12
参考文献………………………………………………12
一、食品工程原理课程设计任务书
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的制冷剂(氨)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=08*100(kw);0
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,进水温度取:
15。
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:
封面;目录;设计题目;流程
示意图;流程及方案的说明和论证;设计计算及说明(包括校核);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
1
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4个阶段,分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。
12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;
23高温高压的氨蒸汽进入冷凝器;F—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。
44’液态氨不断贮存在贮氨器中;
4’5使用时氨液经膨胀阀作用后其压力、温度降低,并进入蒸发器;
51低压的氨蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化,然后又被压缩机吸入,从而形成一个循环。
5’1是一个回热循环。
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。
所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构,冷却水走管程,氨蒸汽走壳程。
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、设计方案的确定及说明。
1流体流入空间的选择
本设计采用河水为冷却剂,河水比较脏和硬度较高,受热后容易结垢。
同时,氨走壳程也便于散热,从而减少冷却水的用量。
因此,为方便清洗和提高热交换率,冷却水应走管程,氨制冷剂应走壳程。
2流速的选择
查得列管式换热器常用流速范围
流体种类一般流体易结垢液体气体
流速管程0.5,3m/s,1m/s5,30m/s
壳程0.2,1.5m/s,0.5m/s3,15m/s
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冷却剂适宜温度的确定及制冷剂蒸发温度,冷凝温度错误~未找到引用源。
,
过热温度错误~未找到引用源。
和过冷温度错误~未找到引用源。
。
本设计冷却剂的进口温度错误~未找到引用源。
=15。
而一般卧式管壳式冷凝器冷却剂的进出口的温度之差为
5,错误~未找到引用源。
10,本方案取为6,所以出口温度错误~未找到引用源。
为21。
高温库工作温度为0,4,本设计取0错误~未找到引用源。
;
氨的标准沸点为,33.3,凝固点为,77.7。
制冷剂蒸发温度一般比库内空气低8,12,错误~未找到引用源。
本设计取=,10错误~未找到引用源。
;本设计取冷凝温度=25错误~未找到引用源。
;
过冷温度比冷凝温度低3,5,取=21错误~未找到引用源。
;过热温度比蒸发温度高3,5,取=,6。
4冷凝器的造型和计算
4(1水冷式冷凝器的类型
本次设计是以河水为冷却剂,氨做制冷剂,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。
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、室内布置,操作较为方便。
4(2冷凝器的选型计算
4(2(1冷凝器的热负荷
4(2(2冷凝器的传热面积计算
4(2(3冷凝器冷却水用量
4(2(4冷凝器的阻力计算
5管数、管程数和管子的排列
5(1管数及管程数
5(2管子在管板上的排列方式
5(3管心距
6壳体直径及壳体厚度的计算
6(1壳体直径,厚度计算
四、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:
kwQ,,QL0
式中:
————冷凝器的热负荷,kw;QL
————制冷量(冷负荷),800kw;Q0
————制冷系数,与蒸发温度tk、气缸冷却方式及制冷剂种类有关,在蒸发温度t,0
为,10,冷凝温度为25,查得为1.15。
t,k
=1.15×800=920kwQL
21,15t,t21,,6.55,t,2、传热平均温差:
25,15t,tk1lnln25,21t,tk2
QLF,3、冷凝器的传热面积计算:
K,t
K式中:
—传热系数,w/()(由参考书《化工工艺设计手册》查得K可取950w/());,,
F————冷凝器得传热面积,;
QL————冷凝器得热负荷,w;
t————传热平均温差,
920,10002F,,147.9m
950,6.55
QL4、冷凝器冷却水用量:
kg/hM,,3600C(t,t)p21
QL————冷凝器的热负荷,kw;式中:
Cp————冷却水的定压比热,KJ/kgk;河水可取4.183;
t1————冷却水进出冷凝器得温度,K或;
t2————冷却水进出冷凝器得温度,K或。
920M,,3600,131962.7kgh4.183,(21,15)
5、冷凝器冷却水体积流量:
M3V,kg/m,
3,式中:
————取998.2;kg/m
M131962.7kg/h3V,,,0.037ms3,,3600998.2kg/m,3600
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
冷凝器内冷却水在管内流速可选取1.5m/s,设计中选用×2.5mm不锈无缝钢管作为冷凝器,25内换热管。
V单程管数n,,2du4
V式中:
———管内流体的体积流量,/s;
d———管子内直径,m;
———流体流速,m/s。
u
0.037圆整为80n,,78.63.142,0.020,1.54
4V4,0.037,取整后的实际流速u,,,1.47m/s22,nd3.14,80,0.020
F2)管程数:
管束长度L,n,d
F式中:
———传热面积,;
L———按单程计算的管长,m。
147.9L,,29.44m80,3.14,0.020
Lm,管程数l
l式中:
考虑到管材的合理利用,为选定的每程管长6m。
29.44圆整为5m,,4.916
所以冷凝器的总管数为NT
根N,n,m,80,5,400T
3)管心距t和偏转角α
由于采用焊接法,故t,1.25d,
取t,32mmt,1.25,25,31.25
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。
由于河水易结垢,正方形排列易于机械清洗,所以选择正方形排列。
管子的排列和挡板、隔板的安排如花板布置图所示(如附图)。
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.
Dtnb,(,1),2c
式中:
D———壳体内径,mm;
t———管心距,mm;`
———横过管束中心线的管数nc
(管子按正方形排列时,n为总管数,故);n,1.19nn,1.19400,24cc
———管束中心线上最外层管的中心支壳体内壁的距离,b
e,(1,,1.5)d(一般取,这里取);e,1.4d,1.4,20,2800
D,32,(24,1),2,28,792mm圆整为1000mm
2)壳体厚度(s)
根据壳体标准尺寸
壳体外径,mm325400500600700800900100011001200
最小壁厚,mm8101214所以壳体厚度取14mm.
(二)设计校核
1.雷诺数计算及流型判断
Q920LM,,,36.66kg/s冷凝器冷却水用量:
C(t,t)4.183,(21,15)p21
实际流速:
u,1.47m/s
0.020,1.47,998.2du4雷诺数:
>10Re,,,29224,3,1.0042,10
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:
2lu,,,,h,,,,,,f2d,,
式中:
———管道摩擦阻力系数,湍流状态下,光滑管λ=0.024;
l———每根管子的有效长度,m;
u———冷却水在管内流速,m/s;
,,4,(管程数)6,24——局部阻力系数,可近似取为。
,
261.47h,(0.024,,24),33.71J/kg,f0.0202
3.热量衡算
下图为氨在实际制冷循环中的压焓图
7
本设计确定:
1)蒸发温度为:
—10t0
2)冷凝温度为:
25tk
3)冷却水出口温度为:
21t2
4)过冷温度为:
21tu
5)冷冻冷负荷,800kwQ0
1,2,3,4,5,1制冷循环简易流程为:
液体过冷的制冷循环和
基本循环1,2,3,4,5,1。
根据氨的压焓图查得:
1,1,1,,,h,h,1745kJ,kgh,h,620kJ,kgh,1900kJ,kg54132
单位制冷量:
q=h,h=402,235=167kj/kg015
制冷循环量:
G,Q/q,2900×3600/167,62515kg/h00
单位循环量:
G=Qo/qo=2900/167=17.37kg/s
冷却放热量:
G×(h’-h)=17.37×(430-415)=260.5523
冷凝放热量:
G×(h-h)=17.37×(415-245)=2952.934
过冷放热量:
G×(h-h’)=17.37×(245-235)=173.744
过热吸热量:
G×(h’-h)=17.37×(412-402)=173.711
压缩功:
wt=h’=h’=430-412=1821
理论的制冷系数:
εt=qo/w=167/18=9.28t
由此可见,本设计热量基本平衡,符合实际要求。
4.传热面积安全系数
'A,A,,,,,100%'A
2A式中:
———实际布置所得的传热面积,m;
'2A———理论传热面积,m
管外总传热面积:
2A,Nπdl,400,3.14,0.025,6,188.4mT1
管内总传热面积:
2A,Nπdl,400,3.14,0.020,6,150.72mT2
实际总传热面积:
2A,(A,A)/2,(188.4,150.72)/2,169.56m12'2A,147.9m理论总传热面积:
传热面积安全系数ε,(169.56,147.9)/147.9,14.6,满足传热面积安全系数为5,,15,(,故本设计合符要求。
5.长径比L/D
式中:
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
序号项目结果序号项目结果
蒸发温度-6管子排列方正六边形113式
冷凝温度32壳体内径2000mm214
冷却水进口温度26壳体壁厚12mm315
冷却水出口温度32长径比3.13416
冷却水流速1.49m/s壳体材料不锈钢管517
冷却水阻力5.45m水柱管长6m618
2冷却水用量805.7m内传热面积719496070.9kgh
雷诺数61106.6安全系数9.5,820
冷凝换热管材料无缝钢管管程12921
换热管规格φ38×2.5mm总管数12961022
单程管数108管心距48mm1123
轴线偏转角度7冷库冷负荷2900kw1224
六、主要符号表
序号名称符号单位序号名称符号单位
焓ikj/kg壳体厚度smm115
压力PPa单位制冷量qkj/kg2160
温度t制冷循环量Gkg/s317
流速um/s热负荷Qkw418L
粘度μPas冷却水用量Mkg/h519
33密度pkg/m体积流量Vm/s620
2阻力HmHO传热面积Am721f2
比热CpJ/kgk汽化潜热rkj/kg822
2管径dm污垢热阻Rmk/w923
管数n导热系数λw/mk1024
管程数m摩擦阻力系数1125
2ε总管数N传热系数w/mk1226T2管心距amm传热膜系数αw/mk1327
壳体直径Dmm14
七(主体设备结构图(见图)
八、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,产生几种设计方案,经过反复验证和数据计算才确定其中一种,由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4比。
计算结束后要进行校核,要求雷诺数Re>10,传热系数ε(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,由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~
九、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.1998
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
- 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:
- 管壳 换热器 设计 毕业设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)