1、 .目錄食品工程原理課程設計任務書2流程示意圖3設計方案的確定與說明4設計方案的計算與說明（包括校核）5設計結果主要參數表10 主要符號表11主體設備結構圖11設計評價與問題討論 12參考文獻 12 一食品工程原理課程設計任務書一 設計題目：管殼式冷凝器設計二設計任務：將制冷壓縮機壓縮后的制冷劑（F-22，氨等）過熱蒸汽冷卻，冷凝為過冷液體，送去冷庫蒸發器使用。三設計條件:1.冷庫冷負荷Q0=學生學號最后2位數*100（kw）；2.高溫庫，工作溫度04。采用回熱循環；3.冷凝器用河水為冷卻劑, 每班分別可取進口水溫度：1720（1班）、2124（2班）、 2528（3班）、1316（4班）、9

2、12（5班）、58（6班）；4.傳熱面積安全系數5%15%。四設計要求：1.對確定的工藝流程進行簡要論述；2.物料衡算，熱量衡算；3.確定管式冷凝器的主要結構尺寸；4.計算阻力；5.編寫設計說明書（包括：封面；目錄；設計題目；流程示意圖；流程與方案的說明和論證；設計計算與說明（包括校核）；主體設備結構圖；設計結果概要表；對設計的評價與問題討論；參考文獻。）6.繪制工藝流程圖,管殼式冷凝器的結構圖（3號圖紙）、與花板布置圖（3號或者4號圖紙）。二、流程示意圖流程圖說明：本制冷循環選用臥式管殼式冷凝器，選用氨作制冷劑，采用回熱循環，共分為4個階段，分別是壓縮、冷凝、膨脹、蒸發。1 2 由蒸發器所產

3、生的低壓低溫蒸汽被壓縮機吸入壓縮機氣缸，經壓縮后溫度升高；2 3 高溫高壓的F22蒸汽進入冷凝器；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氨。4 4 液態F22不斷貯存在貯氨器中；4 5 使用時F22液經膨脹閥作用后其壓力、溫度降低，并進入蒸發器；5 1 低壓的F22蒸汽在蒸發器中不斷的吸收周圍的熱量而汽化，然后又被壓縮機吸入，從而形成一個循環。51是一個回熱循環。本實驗采用臥式殼管式冷凝器，其具有結構緊湊，傳熱效果好等特點。所設計的臥式管殼式冷凝器采用管多程式結構，冷卻水走管程，F22蒸汽走殼程。采用多管程排列，加大傳熱膜系數，增大進，出口水的溫差，減少冷卻水的用量。三、

4、設計方案的確定與說明。1·流體流入空間的選擇本設計采用河水為冷卻劑，河水比較臟和硬度較高，受熱后容易結垢。同時，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，冷卻水應走管程，氨制冷劑應走殼程。2·流速的選擇查得列管換熱器管水的流速，管程為0.53m/s，殼程0.21.5m/s2；根據本設計制冷劑和冷卻劑的性質，綜合考慮冷卻效率和操作費用，本方案選擇流速為1.5m/s。3·冷卻劑適宜溫度的確定與制冷劑蒸發溫度，冷凝溫度，過熱溫度和過冷溫度。本設計冷卻劑的進口溫度為25282，可取為26。而一般臥式管殼式冷凝器冷卻劑的進出口的溫度之差為4，

5、本方案取為6，所以出口溫度為32。冷庫溫度為04本設計取0，蒸發溫度一般比庫空氣低812本設計取可取714本設計取。過冷溫度比冷凝溫度低35本設計取過熱溫度比蒸發溫度高35本設計取4·冷凝器的造型和計算41 水冷式冷凝器的類型本次設計是以河水為冷卻劑，本人選擇氨高效臥式冷凝器為設計對象。此冷卻系統的原理是將壓縮機排出的高溫、高壓氨氣等壓冷凝成液體，在冷庫中蒸發，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，F22化學式為CHF2CL，名稱為二氟一氯甲烷，標準沸點為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：本方案采用臥式殼管式冷凝器。

6、臥式管殼式水冷凝器的優點是：1、結構緊湊，體積比立式殼管式的小；2、傳熱系數比立式殼管式的大；3、冷卻水進、出口溫差大，耗水量少；4、為增加其傳熱面積，F-22所用的管道采用低肋管；5、室布置，操作較為方便。42 冷凝器的選型計算421冷凝器的熱負荷422冷凝器的傳熱面積計算423冷凝器冷卻水用量+424冷凝器的阻力計算5·管數、管程數和管子的排列51管數與管程數5 2管子在管板上的排列方式53管心距6·殼體直徑與殼體厚度的計算61殼體直徑，厚度計算四、設計計算與說明（包括校核）（一）設計計算1、冷凝器的熱負荷：冷凝器的熱負荷是制冷劑的過熱蒸汽在冷凝過程中所放出的總熱量，可

7、用制冷劑的壓焓圖算出。公式如下：kw式中： 冷凝器的熱負荷，kw； 制冷量，2900kw； 系數，與蒸發溫度t k、氣缸冷卻方式與制冷劑種類有關，由食品工程原理設計指導書圖3查出。在蒸發溫度為-10，冷凝溫度為35，查得為1.19。=1.19×2900=3451 kw2、傳熱平均溫差：5.453、冷凝器的傳熱面積計算：根據選用臥式管殼式水冷冷凝器與設計指導書表4各種冷凝器的熱力性能，取傳熱系數為800 w/（·k） 0式中：傳熱系數，w/、；（由食品工程原理設計指導書表3中可取750）冷凝器得傳熱面積，； 冷凝器得熱負荷，w；傳熱平均溫差，又4、冷凝器冷卻水用量：kg/h式

8、中： 冷凝器的熱負荷， kw；冷卻水的定壓比熱，KJ/kg·k；淡水可取4.186； 冷卻水進出冷凝器得溫度，K或； 冷卻水進出冷凝器得溫度，K或。5、冷凝器冷卻水體積流量：式中：取995.7；6、管數和管程數和管束的分程、管子的排列的確定：1）確定單程管數n由制冷原理與設備一書查得，冷凝器冷卻水在管流速可選取1.5 m/s。設計中選用38×2.5mm不銹無縫鋼管作為冷凝器換熱管。式中： 管流體的體積流量，/s； 管子直徑， m； 流體流速，m/s。圓整為108取整后的實際流速2）管程數：管束長度式中： 傳熱面積，； 按單程計算的管長，m。管程數式中：為選定的每程管長，m，

9、考慮到管材的合理利用，取6m。圓整為12所以冷凝器的總管數為根3）管心距和偏轉角 查可得管心距=48mm 偏轉角=4）管子在管板上的排列方式管子在管板上排列時，應使管子在整個冷凝器截面上均勻而緊湊地分布，還要考慮流體性質，設備結垢以與制造等方面地問題。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.殼體直徑與殼體厚度的計算1）殼體直徑的計算殼體的徑應稍大于或等于管板的直徑，所以，從管板直徑的計算可以決定殼體的徑. D=a (b-1) +2e式中：D 殼體徑， mm； a 管心距， mm； b 最外層的六角形對角線(或同心圓直徑)；e 六角形最外層管子中心到殼體壁的距離。一般取e=(

10、11.5)d0，這里取1.4。D= 48×（391）2×1.4×33 =182492.4=1916.4mm 圓整為2000mm2）殼體厚度(s)的計算式中：s 外殼壁厚，cm； P 操作時的壓力，N/cm2（表壓），根據壁溫查得為80.8N/cm2 材料的許用應力， N/cm2；查得不銹無縫管YB804-70的許用應力是13230 N/cm2 焊縫系數，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，根據流體的腐蝕性而定；取0.7D 外殼徑，cm。適當考慮安全系數與開孔的強度補償措施，決定取s=17mm（二）設計

11、校核1.雷諾數計算與流型判斷冷凝器冷卻水用量：實際流速：雷諾數：> 104所以流型為湍流。2.阻力的計算冷凝器的阻力計算只需計算管層冷卻水的阻力，殼程為制冷劑蒸汽冷凝過程，可不計算流動阻力。冷卻水的阻力可按下式計算：式中： 管道摩擦阻力系數，湍流狀態下，鋼管=0.22Re-0.2；Z 冷卻水流程數；L 每根管子的有效長度，m；d 管子直徑, m；u 冷卻水在管流速，m/s；g 重力加速度，m/s2； 局部阻力系數，可近似取為=4Z。3.熱量衡算下圖為氨在實際制冷循環中的壓焓圖本設計確定：1）蒸發溫度to為：102）冷凝溫度tk為：353）冷卻水出口溫度t2為：324）過冷溫度tu為：32

12、5）熱量Q02900kw制冷循環簡易流程為：11223456。其中112在壓縮機中壓縮的等熵過程，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為在蒸發器中沸騰蒸發的吸熱等壓等溫過程。制冷劑在低溫低壓液體狀態時吸熱達到沸點后蒸發成為低溫低壓蒸汽，蒸發成氣體的制冷劑在壓縮機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，高壓液體經過膨脹閥后變成低壓低溫液體，再度吸熱蒸發構成了冷凍機的制冷循環。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F-22壓焓圖查得（kj/kg）：h1=402 kj/kg，h1

13、=h1+(h4-h4)=412 kj/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制冷循環量：GQ0/q02900×3600/16762515kg/h單位循環量：G=Qo/qo=2900/167=17.37 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）=295

14、2.9過冷放熱量：G×（h4-h4）=17.37×(245-235)=173.7過熱吸熱量：G×（h1-h1）=17.37×(412-402)=173.7壓縮功：wt=h2= h1=430-412=18理論的制冷系數：t=qo/wt=167/18=9.28由此可見，本設計熱量基本平衡，符合實際要求。4.傳熱面積安全系數式中： 實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：NTd0l1296×3.14×0.038×6927.8管總傳熱面積：NTdl1296×3.14×0.033

15、15;6805.7實際總傳熱面積：（）/2（927.82805.7）/2=866.8理論總傳熱面積：安全系數（866.8）/9.5一般要求安全系數為315（0.030.15），故本設計合符要求。5.長徑比L/D式中：L 每程管長，m；D 殼體徑，m。L/D= 6/1.9164= 3.13符合38 圍要求五、設計結果主要參數表序號項目結果序號項目結果1蒸發溫度-613管子排列方式正六邊形2冷凝溫度3214殼體徑2000mm3冷卻水進口溫度2615殼體壁厚12mm4冷卻水出口溫度3216長徑比3.135冷卻水流速1.49m/s17殼體材料不銹鋼管6冷卻水阻力5.45m水柱18管長6m7冷卻水用量1

16、9傳熱面積805.7m28雷諾數61106.620安全系數9.59冷凝換熱管材料無縫鋼管21管程1210換熱管規格38×2.5 mm22總管數129611單程管數10823管心距48mm12軸線偏轉角度7°24冷庫冷負荷2900kw六、主要符號表序號名稱符號單位序號名稱符號單位1焓ikj/kg15殼體厚度smm2壓力PPa16單位制冷量q0kj/kg3溫度t17制冷循環量Gkg/s4流速um/s18熱負荷QLkw5粘度Pa·s19冷卻水用量Mkg/h6密度pkg/m320體積流量Vm3/s7阻力HfmH2O21傳熱面積Am28比熱CpJ/kg·k22汽化

17、潛熱rkj/kg9管徑dm23污垢熱阻Rm2·k/w10管數n24導熱系數w/m·k11管程數m25摩擦阻力系數12總管數NT26傳熱系數w/m2·k13管心距amm27傳熱膜系數w/m2·k14殼體直徑Dmm七主體設備結構圖（見圖）八、設計評論與討論本設計由給定的冷庫冷負荷，進口水溫度，高溫庫工作溫度等已知數據來確定出口溫度、傳熱面積、流速、管徑等數據來完成設計，其中有部分參數和計算公式需要查找相關資料，如化工手冊和實用冷凍手冊，各種資料中查出的參考計算公式和數據有所不同，導致再整個設計工程中，設計思路產生分歧，產生幾種設計方案，經過反復驗證和數據計算才確定其中一種，由于參考數據的來源不同，可能導致設計結果存在誤差。其次，計算過程中各個步驟要經過反復的校核，符合要求才能繼續，如計算管程數時需校核徑比。計算結束后要進行校核，要求雷諾數Re>104，傳熱系數（700800），安全系數在515，經過校核計算，都能滿足要求，如果不考慮經濟其他因素，這個設計是成功的。這次的課程設計很好地檢驗了本人掌握工程原理知識的程度，暴露出各種不足之處，讓本人可以與時糾正存