食品工程原理课程设计

食品工程原理课程设计

---管壳式冷凝器设计

目录

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 (4)

冷凝器的造型计算 (6)

核算安全系数 (8)

管壳式冷凝器零部件的设计 (10)

设计概要表 (12)

主要符号表 (13)

主体设备结构图 (14)

设计评论及讨论 (14)

参考文献 (15)

（一）食品科学与工程设计任务书一、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制冷剂(如F-22、氨等)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=1700KW；

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，取进水温度为26~28℃；

4、传热面积安全系数5～15%。

四、设计要求：

1.对确定的设计方案进行简要论述；

2.物料衡算、热量衡算；

3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸；

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；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；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、管壳式冷凝器的的结构（3号图纸）、花板布置图（3号或4号图纸）。

（二）流程示意图

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。

1 2 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；

2 3 高温高压的F—22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。

4 4’ 液态F—22不断贮存在贮氨器中；

4’ 5 使用时F—22液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器；

5 1 低压的F—22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，F—22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

设计方案的确定包括制冷剂的选择、冷凝器型式的选择、流体流入冷凝器空间的选择、冷却剂的选择及其进出口温度的确定等。

一、冷凝器造型与冷凝剂的选择

本次设计是以河水为冷却剂，本人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。

Cl，名称为二氟一氯甲本方案采用F—22为制冷剂，F—22化学式为CHF

2

烷，标准沸点为—40.8℃，凝固温度为—160℃，不燃烧，不爆炸，无色，无味。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、为增加其传热面积，F-22所用的管道采用低肋管；

5、室内布置，操作较为方便。

二、流体流入空间选择

由于冷却剂为河水，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，所以确定冷却水走管程，冷凝剂（F22）走壳程。

三、流速选择 查得列管换热器管内水的流速，管程为0.5～3m/s ，壳程0.2～1.5m/s[2]；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 。

四、冷却剂适宜出口温度的确定

任务书要求进水温度为26~28℃，选择进口温度=26°C 。卧式冷凝器的

端部最大温差（t k -t 1）可取7~14°C ，冷却水进口温差为4~10°C 。

提高冷凝器的传热平均温差△2

k 1k 12t -t t -t ln t -t t =可以冷凝器的传热面积q Q t K Q F L

L =∆=，从而减少传热面积、降低成本。前提是出口水温度不能高于

冷凝剂的冷凝温度t k ，跨程温差小于28°C 。所以确定出口水温度=32°C ，冷凝剂（F22）的冷凝温度t k =35°C 。

五、冷凝剂的蒸发温度和过冷温度确定

冷凝器的热负荷0Q Q L Φ=，减少系数φ可以有效降低热负荷。其中热负荷

系数φ受冷凝温度和蒸发温度影响，蒸发温度t 0提高，可以降低热负荷系数φ。由于冷凝剂的蒸发温度要比工作温度低8~10℃，已知工作温度为0~4℃，即t 0取值-8~-4℃。综上所述，确定蒸发温度t 0=-10℃。

冷凝器内过冷一般不小于1℃，取过冷温度t g =32℃。

六、管体材料及管型的选择

选取规格为38×2.5的换热器用普通无缝钢管，则d 0=38mm ，d i =33mm ，

δp=2.5mm

（四）冷凝器的造型计算

冷凝器的任务是将压缩机排出的高温高压气态制冷剂冷却使之液化。

一、冷凝器的热负荷

0Q Q L Φ=

式中：QL――冷凝器的热负荷；Kw

0Q ――制冷量；0Q =1700kw 。

φ――系数，与蒸发温度t 0、冷凝温度t K 、气缸冷却方式以及制冷剂种类有

关。

蒸发温度t 0=-10℃，冷凝剂（F22）的冷凝温度t k =35℃，得系数φ=1.19。 Q L 总=1.19×1700kw= 2023kw 。

二、预算冷凝器的传热面积 在水冷式冷凝器中，卧式管壳冷凝器的制冷剂在管外冷凝，冷却水在管内流动。

q Q t K Q F L L =∆=

式中：F――冷凝器的传热面积，m 2；

K――传热系数，w/（m 2·K ）；

Δt――传热平均温度差，℃；