立式壳管式冷凝器
冷凝器
冷凝器在压缩式制冷系统中，除了起心脏作用的压缩机外，还有为完成制冷循环所必需的冷凝器、蒸发器与节流阀。
其中冷凝器和蒸发器就是制冷装置中的主要热交换设备，它们传热效果的好坏会直接影响制冷装置的性能和运转的经济性。
因此，正确地选择、操作管理冷凝器和蒸发器对发挥和提高制冷装置的制冷性能、降低运行费用有密切关系。
节流机构在蒸汽压缩式制冷系统中用来实现制冷剂液体的节流膨胀，并起调节蒸发器供液量的作用。
设备虽小，但它是制冷系统中四个必不可少的设备之一。
一、冷凝器的功用及其传热的基本情况冷凝器是将制冷压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽的热量传递给冷却介质(空气或水)并使之凝结成液体的热交换设备。
其工作过程是：来自压缩机的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器后先被冷却成饱和蒸汽，继而被冷凝成饱和液体。
若冷却介质流量大、温度低时，饱和液体还可进一步被冷却成过冷液体。
在既定的热交换设备中其热交换面积是一定的，因而要提高传热量，除了提高对数平均温差外，其重要途径是如何提高传热系数。
而冷凝器传热系数的大小则取决于冷凝器的结构、管壁内外两侧(制冷剂侧及冷却介质侧)放热系数以及传热表面污脏的程度，下面简单地分析一下影响冷凝器的传热系数的因素。
1、影响制冷剂侧蒸汽冷凝放热系数的因素制冷剂凝结的形式当制冷剂蒸汽在冷凝器中与低于其饱和温度的壁面相接触时，它就在壁面上凝结为液体。
其凝结形式可分为“膜状凝结”和“珠状凝结”两种情况。
一般说来，在相同温差下珠状凝结比膜状凝结的放热量要大15～20倍。
但制冷剂蒸汽在冷凝器中的凝结一般为膜状凝结。
制冷剂的流速和流向当制冷剂蒸汽在直立管壁上作膜状凝结时，在冷却表面的最上端，蒸汽直接同壁面接触而冷凝，凝结的液体就沿着冷却表面向下流动，液膜层越向下越厚。
这时液膜便把冷却表面同制冷剂蒸汽隔开，蒸汽凝结时所放出的潜热必须通过液膜层传递到壁面。
显然冷却表面越高，温差越大，平均放热系数将越小。
如果冷凝液膜的流动方向与汽流方向一致时，可使冷凝液膜能较迅速地流过传热表面。
制冷与空调专业常用换热器简介
换热器换热器的发展已经有近百年的历史，其在国民经济的诸多领域(如食品、制药、石油化工、空调、动力、冶金、轻工等)得到广泛的应用。
换热器是化工、石油、制药及能源等行业中应用相当广泛的单元设备之一。
定义：换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器（heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器是制冷空调、暖通、化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
按使用功能分：冷凝器、蒸发器、再热器、过热器和再沸器等。
换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。
在制冷空调、暖通等领域主要涉及混合式换热器和间壁式换热器，其中以间壁式换热器应用最多。
一、混合式换热器混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。
故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。
它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。
(1)冷却塔(或称冷水塔)在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。
例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。
冷却塔是利用空气同水的接触（直接或间接）来冷却水的设备。
是以水为循环冷却剂，从一系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低塔内空气温度，制造冷却水可循环使用的设备。
冷却塔主要应用于空调冷却系统、冷冻系列、注塑、制革、发泡、发电、汽轮机、铝型材加工、空压机、工业水冷却等领域，应用最多的为空调冷却、冷冻、塑胶化工行业。
管壳式冷凝器设计说明书
沉浸式
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。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。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。
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：
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。
蒸发器和冷凝器分类
一、冷凝器的种类及特点冷凝器按其冷却介质不同，可分为水冷式、空气冷却式、蒸发式三大类。
（一）水冷式冷凝器水冷式冷凝器是以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。
冷却水一般循环使用，但系统中需设有冷却塔或凉水池。
水冷式冷凝器按其结构形式又可分为壳管式冷凝器和套管式冷凝器两种，常见的是壳管式冷凝器。
1、立式壳管式冷凝器立式冷凝器的主要特点是：1°由于冷却流量大流速高，故传热系数较高，一般K=600～700(kcal/m2? h?℃)。
2°垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。
3°冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。
4°管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。
二、蒸发器分类：根据被冷却介质的种类不同，蒸发器可分为两大类：(1)冷却液体载冷剂的蒸发器。
用于冷却液体载冷剂——水、盐水或乙二醇水溶液等。
这类蒸发器常用的有卧式蒸发器、立管式蒸发器和螺旋管式蒸发器等。
(2)冷却空气的蒸发器。
这类蒸发器有冷却排管和冷风机。
以下主要介绍空调系统中常用的冷却液体载冷剂的蒸发器。
一、卧式蒸发器卧式蒸发器又称为卧式壳管式蒸发器。
其与卧式壳管式冷凝器的结构基本相似。
按供液方式可分为壳管式蒸发器和干式蒸发器两种。
1、卧式壳管式蒸发器卧式壳管式蒸发器是满液式蒸发器。
即载冷剂以1～2m/s的速度在管内流动，管外的管束间大部分充满制冷剂体，二者通过管壁进行充分的热交换。
吸热蒸发的制冷剂蒸汽，经蒸发器上部的液体分离器，进入压缩机。
为了保证制冷系统正常运行，这种蒸发器中制冷剂的充满高度应适中。
液面过高可能使回气中夹带液体而造成压缩机发生液击；反之，液面过低会使得部分蒸发管露出液面而不起换热作用，从而降低蒸发器的传热能力。
因此，对于氨蒸发器其充满高度一般为筒体直径的70～80％，对于氟利昂蒸发器充满高度一般为筒体直径的55～65％。
卧式壳管式蒸发器广泛使用于闭式盐水循环系统。
制冷原理与装置-制冷设备
制冷装置热交换设备的结构
第二节 制冷装置的换热设备
水冷式冷凝器 工作原理：用水作为冷却介质，带走制冷剂冷凝时放出的热量。
（一）冷凝器
特点：水在管内流动，制冷剂蒸气在管外凝结。 壳管式冷凝器的形式及适用场合： 立式壳管式冷凝器，适用于大型氨制冷装置； 卧式壳管式冷凝器，普遍使用大、中型氨或氟利昂制冷装置中。
干式壳管式蒸发器的特点是：
墙排管 顶排管 搁架式排管
冷却空气的干式蒸发器： 冷却自由运动空气的蒸发器：
2)冷却强制流动空气的蒸发器（又称冷风机）：
套片管
管：φ7～16mm紫铜管
管间距：25mm～35mm
翅片：铝箔，
δ＝0.1～0.4mm
翅片间距：2～4mm
风速：2.5～3.5m/s
传热系数：
节流机构的种类： 手动调节的节流机构 用液位调节的节流机构 用蒸汽过热度调节的节流机构 用电子脉冲调节的节流机构 不调节的节流机构 手动膨胀阀 手动调节的节流机构：一般称做手动节流阀。以手动方式调整阀孔的流通面积来改变向蒸发器的供液量，其结构与一般手动阀门相似。多用于氨制冷装置。
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对于制冷剂液体主要在高压侧（冷凝器或高压贮液器）的制冷机，采用高压浮球阀。它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位。当液位升高时，阀开大，增大蒸发器供液量；当液位降低时，阀关小，减少供液量。
水冷冷凝器计算举例
例：现有一台配用612.5FG压缩机的冷水机组，制冷剂为R22。额定工况t0＝2℃，冷凝温度tk＝40℃，冷却水进口温度tw1＝31℃，制冷量Q0＝340KW，试为该机组设计一台卧式水冷冷凝器。
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例：制冷量Q0＝2.8KW，空气的进口参数：干球温度t1＝27℃，
冷凝器PPT课件
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平行流冷凝器外形
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强制对流式风冷冷凝器结构
特点
• 有噪声，但传热系数 有所上升
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1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管 6-弯头 7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10-轴流风机 11-装配螺钉 49
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风冷式冷凝器的优缺点
• 优点： ❖ 系统简单，不需要冷却水，适用于缺水或供水困难的
地区；
❖ 风冷热泵：从空气取热量。
• 缺点 ： ❖ 传热系数低；
❖ 在水源充足的地方，水冷式设备的初投资和运行费用 均低于风冷设备；
❖ 冷凝温度高，压缩机容量比水冷式大15％。
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❖优点：制冷能力大，运行经济性好。
❖缺点：水系统比空气冷却系统复杂
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常用的水冷式冷凝器
➢壳管式冷凝器 ➢套管式冷凝器 ➢螺旋板式冷凝器
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壳管式冷凝器
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壳管式冷凝器
➢立式壳管式冷凝器
冷却水靠重力沿管内流下的开式壳管式冷凝 器，常用于大型氨制冷装置中。
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立式壳管式冷凝器的优、缺点
➢垂直安装，占地面积小； ➢无冻结危险，可安装在室外，不占用
室内建筑面积； ➢换热管是直管，便于清除铁锈和污垢，
且清洗时不必停止系统的运行，对冷 却水水质要求不高。 ➢冷却水用量大； ➢制冷剂泄漏不易发现； ➢体型比较笨重。
化工原理课程设计-标准系列管壳式立式冷凝器的设计
化工原理课程设计标准系列管壳式立式冷凝器的设计姓名：学号：专业：应用化学班级设计时间：目录一、设计题目二、设计条件三、设计内容3.1概述3.2 换热3.3 换热设备设计步骤四、设计说明4.1选择换热器的类型4.2流动空间的确定五、传热过程工艺计算5.1计算液体的定性温度，确定流体的物性数据5.1.1正戊烷流体在定性温度（51.7℃）下的物性数据5.1.2水的定性温度5.2估算传热面积5.2.1换热器热负荷计算5.2.2平均传热温差5.2.3估算传热面积5.2.4初选换热器规格5.2.5立式固定管板式换热器的规格5.2.6计算面积裕度H及该换热器所要求的总传热系数K05.2.7折流板5.2.8换热器核算5.3核算壁温与冷凝液流型5.3.1核算壁温5.3.2核算流型5.4计算接口直径5.4.1计算壳程接口直径5.5计算管程接口直径5.6计算压强降5.6.1计算管程压降5.6.2计算壳程压降六、其他七、计算结果八、化工课程设计心得九、参考文献一．设计题目标准系列管壳式立式冷凝器的设计二．设计条件生产能力：正戊烷23760t/a，冷凝水流量70000Kg/h操作压力：常压正戊烷的冷凝温度51.7℃，冷凝水入口温度32℃每年按330天计，每天24小时连续生产要求冷凝器允许压降100000Pa三、设计内容3.1概述换热器在石油、化工生产中应用非常广泛。
在炼油厂中，原油常减压蒸馏装置中换热器的投资占总投资的20%；在化工厂中，换热器约占总投资的11%以上。
由于在工业生产中所用换热器的目的和要求不同，所以换热器的种类也多种多样。
列管式换热器在石油化工生产中应用最为广泛，而且技术上比较成熟。
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。
在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。
35％～40％。
随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。
冷凝器计算书
= 12.47m / s
-7-
Reo
=
deuo ρ气 µ气
=
0.02×12.47 × 4.76 0.00008
= 14839.3
fo = 5 ×14839.3−0.288 = 0.175
NTC = 1.1NT 0.5 = 1.1× 2220.5 = 16.39
N B = 14
∆po
= 0.5×0.175×16.39×(14+1)×
= 861.2Pa
对 φ25× 2.5m m 的管子有 Ft = 1.5, 且N p = 2, Ns = 1
∑ ∆pi = (∆p1 + ) ∆p2 Ft N p N s = (1421 + 861.2)×1.5 × 2 ×1 = 6846.6Pa <30KPa
管程压降在允许范围之内。 （2）计算壳程压降
ns
=
π 4
V di 2u
=
13.2 / 994 0.785 × 0.022 ×1.0
=
42.3
≈
43 (根）
按单程管计算，所需的传热管长度为
L= Ap =
38.2
≈ 12m
πd ons 3.14 × 0.025 × 43
按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，现
取传热管长 l=3m，则该换热器的管程数为
随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热 器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了 系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：
（1） 合理地实现所规定的工艺条件； （2） 结构安全可靠； （3） 便于制造、安装、操作和维修； （4） 经济上合理。 换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝 汽 器 和航 天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于 化工、石油、动力和原子能等
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立式壳管式冷凝器
一、空气是最常见的损害热交换器的有害媒介，由于冷凝器一般都配套冷却水塔进行使用，故水塔应安装在空气清洁的环境中，不能接触易受污染的设备及场地。
二、水质也是决定热交换器寿命长短的重要因素，大型昂贵的设备必须装配水质净化处理辅助设备，含有较多矿物质的井水及被污染的水源均不能使用。
三、水是热交换器的主要传热媒介，热交换器在使用一段周期后会在铜管内生产水垢，降低热交换器的传热效果甚至令机组不能运行，如机组显示压力不正常或传热效果欠佳时必须对热交换器进行检查及清洗，清洁热交换器之后整台机组即会恢复正常运行。
四、清洗热交换器的两种方式：１、将两边盖板拆除，选用专用的铜丝清洁刷在铜管中来回清洁管壁污垢，此方法效果显著且安全可靠。
２、如两端盖板不易或不能拆除时，则必须使用酸性化学液体达到清洁作用，由于各种化学液体成分不同，所以必须使用生产厂家的专用产品，使用之后须用大量清水进行反复清洗，并添加相配套的化学液体进行中和作用，此方法讲究一定的技术性并具有一定的危险性，必须由专业的技术人员进行操作。
壳管式冷凝器的选型万合通用产品的设计选型与搅拌作业目的紧密结合。
各种不同的搅拌过程需要由不同的搅拌装置运行来
实现，在设计选型时首先要根据工艺对搅拌作业的目的和要求，确定壳管式冷凝器的搅拌器型式、电动机功率、搅拌速度，然后选择减速机、机架、搅拌轴、轴封等各部件。
所以，选择的体步骤方法如下：按照工艺条件、搅拌目的和要求，选择搅拌器型式，选择搅拌器型式时应充分掌握搅拌器的动力特性和搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态与各种搅拌目的的因果关系。
按照所确定的搅拌器型式及搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态，工艺对搅拌混合时间、沉降速度、分散度的控制要求，通过实验手段和计算机模拟设计，确定电动机功率、搅拌速度、搅拌器直径。
按照电动机功率、搅拌转速及工艺条件，从减速机选型表中选择确定减速机机型。
如果按照实际工作扭矩来选择减速机，则实际工作扭矩应小于减速机许用扭矩。
按照减速机的输出轴头d 和搅拌轴系支承方式选择与d相同型号规格的机架、联轴器。
按照机架搅拌轴头do尺寸、安装容纳空间及工作压力、工作温度选择轴封型式。
按照安装形式和结构要求，设计选择搅拌轴结构型式，并校检其强度、刚度。
（1）如按刚性轴设计，在满足强度条件下n/nk≤0、7（2）如按柔性轴设计，在满足强度条件下
n/nk>=1、3按照机架的公称心寸DN、搅拌轴的搁轴型式及压力等级、选择安装底盖、凸缘底座或凸缘法兰。
按照支承和抗振条件，确定是否配置辅助支承。