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“食品工程原理”课程设计 管壳式冷凝器设计说明书 山东万合制冷设备有限公司 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： 实际制冷循环压焓图 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： 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 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。 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Re104，[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