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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Q=1700KW;
0
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:
对确定的设计方案进行简要论述;
物料衡算、热量衡算;
确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸;
计算阻力;
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。)
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。
2 由蒸发器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;
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’ 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;
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。
本方案采用F—22为制冷剂,F—22化学式为CHFCl,名称为二氟一氯甲
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)可取7~14°C,冷却水进口温差为4~10°C。
1
提高冷凝器的传热平均温差△t?
t -t
21lntk-t1
2
1
t -t
k 2
可以冷凝器的传热面积
QQF? L ? L
Q
Q
K?t q ,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
L 0冷凝器的热负荷Q ??Q,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提高,可以降低热负荷系数φ
L 0
0
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~
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