管殼式冷凝器

1、管殼式冷凝器的設(shè)計(jì)學(xué)院：工程學(xué)院班級(jí)：12建環(huán)姓名：趙婉瑩學(xué)號(hào)：169440024目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書3二、流程示意圖3三、設(shè)計(jì)方案的確定及說明4四、設(shè)計(jì)計(jì)算及說明5五、設(shè)計(jì)評(píng)論及討論11一、 設(shè)計(jì)任務(wù)書（一） 設(shè)計(jì)題目：管殼式冷凝器設(shè)計(jì)（二） 給定條件：制冷機(jī)型號(hào)6FW10工況標(biāo)準(zhǔn)缸數(shù)6制冷量（kw）73.26缸徑（mm）100發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kw）40行程(mm)70蒸發(fā)溫度()-15轉(zhuǎn)數(shù)（rmin）1440冷凝溫度（）30理論容積（m3h）285吸氣溫度（）15吸氣管徑(mm)DN80過冷溫度（）35排氣管徑（mm）DN70冷卻水入口溫度（）22工質(zhì)R22二、流程示意圖流程圖說明：本制冷循環(huán)選

2、用臥式管殼式冷凝器，選用氨作制冷劑，采用回?zé)嵫h(huán)，共分為4個(gè)階段，分別是壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)。1 2 由蒸發(fā)器內(nèi)所產(chǎn)生的低壓低溫蒸汽被壓縮機(jī)吸入壓縮機(jī)氣缸，經(jīng)壓縮后溫度升高；2 3 高溫高壓的F22蒸汽進(jìn)入冷凝器；F22蒸汽在冷凝器中受冷卻水的冷卻，放出熱量后由氣體變成液態(tài)氨。4 4 液態(tài)F22不斷貯存在貯氨器中；4 5 使用時(shí)F22液經(jīng)膨脹閥作用后其壓力、溫度降低，并進(jìn)入蒸發(fā)器；5 1 低壓的F22蒸汽在蒸發(fā)器中不斷的吸收周圍的熱量而汽化，然后又被壓縮機(jī)吸入，從而形成一個(gè)循環(huán)。51是一個(gè)回?zé)嵫h(huán)。本實(shí)驗(yàn)采用臥式殼管式冷凝器，其具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好等特點(diǎn)。所設(shè)計(jì)的臥式管殼式冷凝器采用管內(nèi)

3、多程式結(jié)構(gòu)，冷卻水走管程，F(xiàn)22蒸汽走殼程。采用多管程排列，加大傳熱膜系數(shù)，增大進(jìn)，出口水的溫差，減少冷卻水的用量。三、設(shè)計(jì)方案的確定及說明。1流體流入空間的選擇本設(shè)計(jì)采用河水為冷卻劑，河水比較臟和硬度較高，受熱后容易結(jié)垢。同時(shí)，氨走殼程也便于散熱，從而減少冷卻水的用量。因此，為方便清洗和提高熱交換率，冷卻水應(yīng)走管程，氨制冷劑應(yīng)走殼程。2流速的選擇查得列管換熱器管內(nèi)水的流速，管程為0.53m/s，殼程0.21.5m/s2；根據(jù)本設(shè)計(jì)制冷劑和冷卻劑的性質(zhì)，綜合考慮冷卻效率和操作費(fèi)用，本方案選擇流速為1.5m/s。3冷卻劑適宜溫度的確定及制冷劑蒸發(fā)溫度，冷凝溫度，過熱溫度和過冷溫度。蒸發(fā)溫度=-1

4、5 冷凝溫度=30 吸氣溫度15 過冷溫度=35 冷卻水入口溫度t1=22而一般臥式管殼式冷凝器冷卻劑的進(jìn)出口的溫度之差為4，本方案取為6，所以出口溫度t2為28。過熱溫度比蒸發(fā)溫度高35本設(shè)計(jì)取-104.冷凝器的造型和計(jì)算41 水冷式冷凝器的類型本次設(shè)計(jì)是以河水為冷卻劑，本人選擇氨高效臥式冷凝器為設(shè)計(jì)對(duì)象。此冷卻系統(tǒng)的原理是將壓縮機(jī)排出的高溫、高壓氨氣等壓冷凝成液體，在冷庫中蒸發(fā)，帶走待冷物料的熱量，起到冷卻物料的效果。本方案采用F22為制冷劑，F(xiàn)22化學(xué)式為CHF2CL，名稱為二氟一氯甲烷，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為40.8，凝固溫度為160，不燃燒，不爆炸，無色，無味。冷凝器型式的選擇：本方案采用臥式殼

5、管式冷凝器。臥式管殼式水冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是：1、結(jié)構(gòu)緊湊，體積比立式殼管式的??；2、傳熱系數(shù)比立式殼管式的大；3、冷卻水進(jìn)、出口溫差大，耗水量少；4、為增加其傳熱面積，F(xiàn)-22所用的管道采用低肋管；5、室內(nèi)布置，操作較為方便。42 冷凝器的選型計(jì)算421冷凝器的熱負(fù)荷422冷凝器的傳熱面積計(jì)算423冷凝器冷卻水用量424冷凝器的阻力計(jì)算5管數(shù)、管程數(shù)和管子的排列51管數(shù)及管程數(shù)5 2管子在管板上的排列方式53管心距6殼體直徑及殼體厚度的計(jì)算61殼體直徑，厚度計(jì)算四、設(shè)計(jì)計(jì)算及說明（包括校核）（一）設(shè)計(jì)計(jì)算1、冷凝器的熱負(fù)荷：冷凝器的熱負(fù)荷是制冷劑的過熱蒸汽在冷凝過程中所放出的總熱量，可用制冷劑的

6、壓焓圖算出。公式如下： kw式中 ： 冷凝器的熱負(fù)荷，kw； 制冷量，73.26kw； 系數(shù)，與蒸發(fā)溫度t k、氣缸冷卻方式及制冷劑種類有關(guān)，在蒸發(fā)溫度為-15，冷凝溫度為30，查得為1.19。 =1.1973.26=87.18 kw2、傳熱平均溫差：=4.333、冷凝器的傳熱面積計(jì)算：根據(jù)選用臥式管殼式水冷冷凝器及設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4各種冷凝器的熱力性能，取傳熱系數(shù)為800 w/（k） 0式中： 傳熱系數(shù)，w/ 、；（由食品工程原理設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3中可取750） 冷凝器得傳熱面積，； 冷凝器得熱負(fù)荷，w； 傳熱平均溫差，又t=4.334、冷凝器冷卻水用量： kg/h 式中： 冷凝器的熱負(fù)荷， kw；

7、 冷卻水的定壓比熱，KJ/kgk；淡水可取4.186； 冷卻水進(jìn)出冷凝器得溫度，K或； 冷卻水進(jìn)出冷凝器得溫度，K或。5、冷凝器冷卻水體積流量： 式中：取995.7；6、管數(shù)和管程數(shù)和管束的分程、管子的排列的確定：1）確定單程管數(shù)n 由制冷原理及設(shè)備一書查得，冷凝器內(nèi)冷卻水在管內(nèi)流速可選取1.5 m/s。設(shè)計(jì)中選用382.5mm不銹無縫鋼管作為冷凝器內(nèi)換熱管。 式中： 管內(nèi)流體的體積流量， /s； 管子內(nèi)直徑， m； 流體流速，m/s。 圓整為3取整后的實(shí)際流速2）管程數(shù)： 管束長度 式中： 傳熱面積，； 按單程計(jì)算的管長，m。 管程數(shù) 式中： 為選定的每程管長，m，考慮到管材的合理利用，取6

8、m。 圓整為14所以冷凝器的總管數(shù)為 根3）管心距和偏轉(zhuǎn)角 查可得管心距=48mm 偏轉(zhuǎn)角 =4）管子在管板上的排列方式管子在管板上排列時(shí)，應(yīng)使管子在整個(gè)冷凝器截面上均勻而緊湊地分布，還要考慮流體性質(zhì)，設(shè)備結(jié)垢以及制造等方面地問題。管子的排列和擋板、隔板的安排如花板布置圖所示（如附圖）。7.殼體直徑及殼體厚度的計(jì)算1）殼體直徑的計(jì)算殼體的內(nèi)徑應(yīng)稍大于或等于管板的直徑，所以，從管板直徑的計(jì)算可以決定殼體的內(nèi)徑. D=a (b-1) +2e式中：D 殼體內(nèi)徑， mm； a 管心距， mm； b 最外層的六角形對(duì)角線(或同心圓直徑)；e 六角形最外層管子中心到殼體內(nèi)壁的距離。一般取e=(11.5)d

9、0，這里取1.4。D= 48（391）21.433 =182492.4=1916.4mm 圓整為2000mm2）殼體厚度(s)的計(jì)算 式中：s 外殼壁厚，cm； P 操作時(shí)的內(nèi)壓力，N/cm2（表壓），根據(jù)壁溫查得為80.8N/cm2 材料的許用應(yīng)力， N/cm2；查得不銹無縫管YB804-70的許用應(yīng)力是13230 N/cm2 焊縫系數(shù)，單面焊縫為0.65，雙面焊縫為0.85；（取單面焊縫）C 腐蝕裕度，其值在（0.10.8）cm之間，根據(jù)流體的腐蝕性而定；取0.7D 外殼內(nèi)徑，cm。適當(dāng)考慮安全系數(shù)及開孔的強(qiáng)度補(bǔ)償措施，決定取s=17mm（二）設(shè)計(jì)校核1.雷諾數(shù)計(jì)算及流型判斷 冷凝器冷卻水

10、用量： 實(shí)際流速：雷諾數(shù)： 104 所以流型為湍流。2.阻力的計(jì)算冷凝器的阻力計(jì)算只需計(jì)算管層冷卻水的阻力，殼程為制冷劑蒸汽冷凝過程，可不計(jì)算流動(dòng)阻力。冷卻水的阻力可按下式計(jì)算：式中： 管道摩擦阻力系數(shù)，湍流狀態(tài)下，鋼管=0.22Re-0.2；Z 冷卻水流程數(shù)；L 每根管子的有效長度，m；d 管子內(nèi)直徑, m；u 冷卻水在管內(nèi)流速，m/s；g 重力加速度，m/s2； 局部阻力系數(shù)，可近似取為=4Z。3.熱量衡算下圖為氨在實(shí)際制冷循環(huán)中的壓焓圖本設(shè)計(jì)確定：1）蒸發(fā)溫度to為：152）冷凝溫度tk為：303）冷卻水出口溫度t2為：284）過冷溫度tu為：355）熱量Q073.26kw制冷循環(huán)簡易流

11、程為：11223456。其中112在壓縮機(jī)中壓縮的等熵過程，223在冷凝器冷卻的等壓過程，34在冷凝器中冷凝的等壓等溫過程，45為過冷過程，56為在膨脹閥里作等焓膨脹過程，61為在蒸發(fā)器中沸騰蒸發(fā)的吸熱等壓等溫過程。制冷劑在低溫低壓液體狀態(tài)時(shí)吸熱達(dá)到沸點(diǎn)后蒸發(fā)成為低溫低壓蒸汽，蒸發(fā)成氣體的制冷劑在壓縮機(jī)作用下成為高溫高壓氣體，此高溫高壓氣體冷凝后成為高壓液體，高壓液體經(jīng)過膨脹閥后變成低壓低溫液體，再度吸熱蒸發(fā)構(gòu)成了冷凍機(jī)的制冷循環(huán)。過熱溫度的確定可以由過冷溫度通過熱量衡算得出（蒸汽潛熱）。根據(jù)F-22壓焓圖查得（kj/kg）：h1=402 kj/kg，h1=h1+(h4-h4)=412 kj/

12、kg，h2=445 kj/kg，h2=430 kj/kg，h3=415 kj/kg，h4=245 kj/kg，h5=h4=235 kj/kg，h6= h1=402kj/kg單位制冷量：q0=h1h5=402235=167 kj/kg制冷循環(huán)量：GQ0/q073.263600/1671579kg/h單位循環(huán)量：G=Qo/qo=73.26/167=0.44 kg/s冷卻放熱量：G（h2-h3）=17.37（430-415）=260.55冷凝放熱量：G（h3-h4）=17.37（415-245）=2952.9過冷放熱量：G（h4-h4）=17.37(245-235)=173.7過熱吸熱量：G（h1-

13、h1）=17.37(412-402)=173.7壓縮功：wt=h2= h1=430-412=18理論的制冷系數(shù)：t=qo/wt=167/18=9.28由此可見，本設(shè)計(jì)熱量基本平衡，符合實(shí)際要求。4.傳熱面積安全系數(shù)式中： 實(shí)際布置所得的傳熱面積，m2 ； 理論傳熱面積，m2 管外總傳熱面積：NTd0l12963.140.0386927.8管內(nèi)總傳熱面積：NTdl12963.140.0336805.7實(shí)際總傳熱面積：（）/2（927.82805.7）/2=866.8理論總傳熱面積：安全系數(shù)（866.8）/9.5一般要求安全系數(shù)為315（0.030.15），故本設(shè)計(jì)合符要求。5.長徑比L/D式中：

14、L 每程管長，m；D 殼體內(nèi)徑，m。L/D= 6/1.9164= 3.13符合38 范圍要求五、設(shè)計(jì)評(píng)論及討論本設(shè)計(jì)由給定的冷庫冷負(fù)荷，進(jìn)口水溫度，高溫庫工作溫度等已知數(shù)據(jù)來確定出口溫度、傳熱面積、流速、管徑等數(shù)據(jù)來完成設(shè)計(jì)，其中有部分參數(shù)和計(jì)算公式需要查找相關(guān)資料，如化工手冊(cè)和實(shí)用冷凍手冊(cè)，各種資料中查出的參考計(jì)算公式和數(shù)據(jù)有所不同，導(dǎo)致再整個(gè)設(shè)計(jì)工程中，設(shè)計(jì)思路產(chǎn)生分歧，產(chǎn)生幾種設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)計(jì)算才確定其中一種，由于參考數(shù)據(jù)的來源不同，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果存在誤差。其次，計(jì)算過程中各個(gè)步驟要經(jīng)過反復(fù)的校核，符合要求才能繼續(xù)，如計(jì)算管程數(shù)時(shí)需校核徑比。計(jì)算結(jié)束后要進(jìn)行校核，要求雷諾數(shù)Re104，傳熱系數(shù)（700800），安全系數(shù)在515內(nèi)，經(jīng)過校核計(jì)算，都能滿足要求，如果不考慮經(jīng)濟(jì)其他因素，這個(gè)設(shè)計(jì)是成功的。這次的課