“食品工程原理”课程设计。
管壳式冷凝器设计）
设计人：黄远雄。
班别：05食工（3）班。
学号：200530600315
设计时间：2008.1.18-2008.2.25
指导老师：李璐李雁。
目录。设计任务书1
流程示意图2
设计方案3设计计算5
设计核算9设计总概要表12
设计评价及讨论13
附录13参考文献13
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q0=1500kw
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，可取进口水温度为25～28℃
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。
6. 绘制工艺流程图、管壳式冷凝器结构图及花板布置图。
流程示意图。
本课程设计任务是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。涉及的压缩式制冷机主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等构成，其制冷过程可分为压缩、冷凝、膨胀、蒸发4个阶段，如下图所示：
由于本课程设计采用氨回热循环，其实际制冷循环中压焓图如下：
实际制冷循环压焓图。
在回热循环1 -2 - 2’- 3’- 3 – 4 - 1的过程中：
线1-2：绝热可逆压缩(等熵)。
线2-3：等压冷却、冷凝及过冷过程。其中2-2’—冷却(到饱和蒸汽)(等压)；2’-3’—冷凝(等压，等温)；3’-3—过冷(等压)。
线3-4：节流膨胀(等焓)。
线4-1：蒸发(等压，等温)。
设计方案。1．冷凝器的选择。
综合比较几种常用的水冷式冷凝器，选择卧式壳管式冷凝器，原因是其传热系数大，操作管理方便，经济成本较低，且目前大、中型氨制冷系统及氟利昂制冷系统多采用这种冷凝器，有一定的通用性。
表1 常用冷凝器的比较[1]
2．制冷剂的选择。
工业上已采用的制冷剂很多，目前常用的有氨（nh3）、氟利昂-12（cf2cl2）、氟利昂-22（chf2cl）等。氨是应用较广的中温制冷剂，有较好的热力学性质和热物理性质，在常温和普通低温范围内压力比较适中，单位容积制冷量大，在相同制冷量的情况下，系统中的制冷剂循环量较少，氨粘性小，流动阻力小，创热性能好，在制冷系统中不会出现冰塞现象。[2]虽然氨对人体有较大的毒性，氨确实具有强烈刺激臭味，正是由于这样，所以极容易被检验出来，反而成为安全的保证。
[3]而且从环境保护角度看，氨比氟利昂制冷剂优越很多。所以选择氨作为制冷剂。
3．流体流入空间的选择。
流体流入空间的方案中，选择冷却剂（河水）流经管程，制冷剂（氨）流经壳程。原因是：
1. 不洁净或易结垢的物料应当流经易清洗的一侧，采用河水做冷却剂，相对较脏，受热后容易结垢，流管内便于清洗；
2. 冷却剂走管程，能控制适当的流速，以保证有较高的传热系数；
3. 饱和蒸汽一般应通入壳程；以便排出冷凝液，而且蒸汽较清洁；
4. 被冷却物料一般走壳程，便于散热，可减少冷却剂用量。
4．基本数据参数的选择。
1. 流速。
流速大，k值提高，所需传热面积减少，设备投资减少，但流速增大使流动阻力相应增加，从而使动力消耗即操作费用增加。根据工业上常用的流速u=0.5～3m/s，且尽可能使雷诺数re>104，[1]经过估算，本方案选择流速为1.
25m/s。
2．冷却剂进出口温度。
由于用河水为冷却剂，可取进口水温度为25～28℃，取进口水温t1=26℃，冷却水进出口温差参考范围为4~10℃[1]，选用较小的进出口温差，耗水量就较大，运行费也较多，所以选取出口水温为t2=34℃。
3．冷凝温度与过冷温度。
根据冷凝温度tk必须高于冷却水出口温度t2，且tk-t1可取7～14℃[1]，所以选取tk=37℃。根据过冷温度tu较冷凝温度tk应低3-5℃[1]，所以tu=34℃。
4．冷库温度与蒸发温度。
在冷库中以空气为载冷剂，冷库的工作温度为0～4℃，选取冷库温度2℃，根据蒸发温度t0应比载冷剂低8～12℃[2]，选取取t0=-8℃。
5．河水相关数据。
河水作为冷却剂其平均温度（26+34）/2=30℃，其相关物理性质查表[2]可得：
p=4.747(kpa995.7(kg/m3） h=125.69(kj/kg)
cp=4.174（kj/kg·k) λ61.71×10-2(w/m·k) η80.12×10-5(pa·s)
6．钢管选择。
传热管道尺寸选取ф38×2.5mm的无缝钢管，其导热系数λ=45.4w/(mk)。
设计计算。1．冷凝器的热负荷。
式中：——冷凝器的热负荷；
——制冷量，由于要求取=1500kw；
——系数，与蒸发温度、冷凝温度、气缸冷却方式以及制冷剂种类有关，查表[1]得。
2．冷凝器传热面积估算。
式中：f——冷凝器的传热面积，m2；
——冷凝器的热负荷，w；
k——传热系数，；
—平均传热温差，℃；
q——单位面积热负荷，，由卧式管壳式(氨)冷凝器的热力性质 q可取4000～5000，选择q =4800；
3．冷却水用量。
式中：——冷凝器的热负荷，kw；
——冷却水的定压比热容，；由于冷却剂为河水性质取。
、——冷却水进、出冷凝器的温度，℃。
4．管数与管程数。
式中：v——管内流体的体积流量，v =0.054；
d——管子的内直径，
u——流体的流速，u=1.25m/s；
按单程冷凝器计算，管束长度为l，则。
由于冷凝器的长径比有一定要求，一般l/d=3～8。若按单程设计l太长，超过上述长径比时，一般可采用多管程解决。管程数为m，则。
式中：l——按单程计算的管长，m；
l——选定的每程管长，m；考虑到管材的合理利用，按管材一般出厂规格为6m长，故取l=6m。
采用12管程后，冷凝器的总管数为：
5．管心距及偏转角。
管板上两根管子中心距离a成为管心距。管心距的大小要考虑管板强度和清洗管子的外表面时所需空隙，它与管子在管板上固定的方法有关。根据生产实践经验，当管子外径d0=38mm时，a＝48mm，当卧式冷凝器的壳程为蒸汽冷凝，且管子按正三角形排列时，为了减少液膜在列管上的包角及液膜厚度，管板在装置时，其轴线应与设备的水平轴线偏转一定角度α，查表可得α可取7°
即当管子外径d0=38mm时，a＝48mm，α=7°。
6．壳体直径和壳体厚度。
式中：d——壳体内径，mm；
a——管心距，mm，a=48mm；
b——最外层的六角形对角线（或同心圆直径）上的管数，查表可得b=27；
e——六角形最外层管子中心到壳体内壁的距离。一般取，选取。
式中：s——外壳壁厚，cm；
p——操作时的之内压力，（表压）；以tk为定性温度，由压焓图可查得：p绝对＝1.605×106pa=160.
5 n/cm2，则：p表压＝160.5-10.
1＝150.4 n/cm2。
—材料的许用应力，钢管的=9810n/cm2；
—焊缝系数，采用双面焊缝=0.85
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；由于氨腐蚀性相对强一点，取c=0.7cm
—外壳内径，壳径的计算值应圆整到最靠近的颁布标准尺寸， 即=1400mm=140cm
即设计的外壳壁厚大于最小壁厚，符合要求。
同时，冷凝器的长径比l/d=6000/1420=4.23，符合l/d=3～8的要求。
7．制冷循环相关参数。
氨采用回热循环的实际制冷循环压焓图。
查图[2]可得相应焓值：
h1=1430kj/kg h2=1620kj/kg h2，=1400kj/kg
h3，=350kj/kg h3=190kj/kg h4=190kj/kg
单位制冷量：
制冷循环量：
制冷系数：
设计核算。1． 冷却剂实际流速。
2． 雷诺数。
管内冷却剂的流动属于完全湍流。
3． 传热系数。
管内冷却水的传热膜系数(αi)：
i=0.023re0.8prnλ/d
式中：λ—导热系数，w/m·k；
cp ——水的比热，kj/kg·k；
n ——加热状态时取0.4，pr——普兰特准数；
d ——管子内径，m。
4927.2 w/m·k
管外制冷剂冷凝膜系数（α0）：
式中：λ—冷凝液的导热系数，w/m·k；
——冷凝液的密度， kg/m3；
r——氨蒸汽的冷凝潜热，kj/kg；
10级粮工设计原理课程设计题目
粮工010粮食工厂设计原理课程设计题及指导书。设计题目 粮食加工厂总平面布置设计。设计目的和依据 米厂或面粉厂厂区总平面设计，其中建筑物和设施包括 主车间 总长度 33 39米，跨度 米厂6.0 7.2米 面粉厂6.9 8.1米 辅助车间包括饲料车间 食品车间等等 总长度 24米，跨度6米 原料库 ...
12级粮工设计原理课程设计题目
粮食工厂设计原理 粮工12级课程设计题。及指导书。设计题目 粮食加工厂总平面布置设计。设计目的和依据 米厂或面粉厂厂区总平面设计，其中建筑物和设施包括 主车间 总长度 33 39米，跨度 米厂6.0 7.2米 面粉厂6.9 8.1米 辅助车间包括饲料车间 食品车间等等 总长度 24米，跨度6米 原料...
机械原理课程设计
旋转型灌装机。学院 汽车与交通。专业 车辆工程。班级 车辆123 姓名 学号 指导老师 韦丹柯。日期 2014.6.30 1.设计题目。1.1 设计条件。1.2 设计任务。1.3 设计提示。2.原动机的选择。3.传动比分配。4.传动机构的设计。4.1 减速器设计。4.2 第二次减速装置设计 4.3 ...