食工原理課程設(shè)計(jì)-管殼式冷凝器設(shè)計(jì)

15/16食品工程原理課程設(shè)計(jì)管殼式冷凝器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：管殼式冷凝器設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)：將制冷壓縮機(jī)壓縮后的制冷劑(如F-22、氨等)過熱蒸汽冷卻、冷凝為過冷液體，送去冷庫(kù)蒸發(fā)器使用。三、設(shè)計(jì)條件：1．冷庫(kù)冷負(fù)荷Q0=學(xué)生學(xué)號(hào)最后2位數(shù)×100（kw）；2．高溫庫(kù),工作溫度0~4℃,采用回?zé)嵫h(huán)。3．冷凝器用河水為冷卻劑，每班分別可取進(jìn)口水溫度:21~25℃(1班)、6~10℃(2班)、11~15℃(3班)、16~20℃(4班)、1~5℃(5班)。4．傳熱面積安全系數(shù)5~15%。四、設(shè)計(jì)要求：1．對(duì)確定的工藝流程進(jìn)行簡(jiǎn)要論述；2．物料衡算、熱量衡算；3.確定管殼式冷凝器的主要結(jié)構(gòu)尺寸；4.計(jì)算阻力；5.編寫設(shè)計(jì)說明書(包括：①封面；②目錄；③設(shè)計(jì)題目（任務(wù)書）；④流程示意圖；⑤流程及方案的說明和論證；⑥設(shè)計(jì)計(jì)算及說明（包括校核）；⑦主體設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；⑧設(shè)計(jì)結(jié)果概要表；⑨對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)及問題討論；⑩參考文獻(xiàn)。)；6.繪制工藝流程圖、管殼式冷凝器的結(jié)構(gòu)圖（3號(hào)圖紙）、及花板布置圖（3號(hào)或4號(hào)圖紙）。

目錄TOC\o"1-3"\h\u1前言 31.1設(shè)計(jì)意義 31.2文獻(xiàn)綜述 32工藝說明及流程示意圖 32.1工藝說明 32.2流程示意圖 33設(shè)計(jì)方案的確定 43.1制冷劑的選擇 43.2冷卻劑的選擇 43.3液體流入冷凝器空間的選擇 43.4液速的選擇 43.5冷卻劑適宜出口溫度的確定 53.6蒸發(fā)溫度、冷庫(kù)溫度、制冷劑蒸發(fā)溫度、冷凝溫度確定 54設(shè)計(jì)計(jì)算及說明 54.1冷凝器型式的選擇 XX954.2冷凝器的選型計(jì)算 64.2.1冷凝器的熱負(fù)荷 64.2.2冷凝器的傳熱面積計(jì)算 64.2.3冷凝器冷卻水用量 74.3管數(shù)、管程數(shù)和管束的分程、管子的排列 74.3.1管數(shù) 74.3.2管程數(shù) 74.3.3管束的分程、管子在管板上的排列方式 84.3.4管心距及偏轉(zhuǎn)角 84.4殼體直徑、殼體厚度計(jì)算 84.4.1殼體直徑 84.4.2殼體厚度的計(jì)算 84.5計(jì)算校核 94.5.1實(shí)際流速 94.5.2流體雷諾數(shù)及流體類型 94.5.3傳熱系數(shù)K 94.5.3.1管內(nèi)冷卻水的傳熱系數(shù) 94.5.3.2管外制冷劑冷凝膜系數(shù) 104.5.3.3以管內(nèi)表面積為基準(zhǔn)的Ki 104.5.4傳熱面積計(jì)算及安全系數(shù)計(jì)算 114.5.5冷凝器的阻力 114.4.6回?zé)岬呐袛嗉盁崃亢馑?125設(shè)計(jì)結(jié)果概要表 136設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及問題討論 136.1設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) 136.2設(shè)計(jì)問題及討論 146.2.1設(shè)計(jì)問題 146.2.2問題討論 14參考文獻(xiàn) 15附錄 151前言1.1設(shè)計(jì)意義食品工程原理作為食品科學(xué)與工程的最重要的專業(yè)課之一，學(xué)生要非常熟悉，并掌握其中的原理及懂得如何應(yīng)用。流體傳熱、制冷是食品工程原理中最重要的章節(jié)，也是運(yùn)用最多的內(nèi)容，本課程設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)管殼式冷凝器方案為主題，依據(jù)食品工程原理中的流體傳熱、制冷相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)，能很好的考察學(xué)生對(duì)流體傳熱、制冷等內(nèi)容的掌握程度，增強(qiáng)學(xué)生思考問題的能力與維度，讓學(xué)生充分運(yùn)用課內(nèi)學(xué)習(xí)到的知識(shí)并結(jié)合文獻(xiàn)設(shè)計(jì)出一款合格的管殼式冷凝器。1.2文獻(xiàn)綜述在各種換熱器中，采用最多的是管殼式散熱器，其使用的廣泛程度接近換熱器使用總量的90%。目前，在換熱器設(shè)計(jì)過程中，實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)進(jìn)行畫圖和計(jì)算的設(shè)計(jì)方式，但這同時(shí)也造成了設(shè)計(jì)者對(duì)計(jì)算機(jī)的過度依賴，在進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)時(shí)，只注重計(jì)算結(jié)果，忽視了計(jì)算過程。對(duì)計(jì)算過程的忽視，是導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論的主要因素。[1]因此我們要清楚知道計(jì)算過程中每一個(gè)步驟及相應(yīng)的原理。近年來(lái)盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn),但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點(diǎn),管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱器,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[2]。所以懂得如何設(shè)計(jì)管殼式換熱器至關(guān)重要。2工藝說明及流程示意圖2.1工藝說明本設(shè)計(jì)中的制冷循環(huán)為蒸汽壓縮式制冷回?zé)嵫h(huán)，采用氨做制冷劑，利用氨發(fā)生相變（即液態(tài)變氣態(tài)，氣態(tài)經(jīng)壓縮再變液態(tài)）時(shí)的能量變化來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷目的。其工作原理為：利用制冷劑氨在蒸發(fā)器中不斷吸收欲降溫物體的熱量而汽化，產(chǎn)生的低溫低壓蒸汽由壓縮機(jī)壓縮后，在冷凝器中冷凝成液體，并將冷凝熱傳給冷卻水，從而實(shí)現(xiàn)了將熱量從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體進(jìn)一步降溫的制冷目的。而為了使制冷劑循環(huán)使用，冷凝后的液體減壓后送回蒸發(fā)器，即液體工質(zhì)經(jīng)壓縮——冷凝——膨脹——蒸發(fā)過程的逆卡諾循環(huán)。2.2流程示意圖制冷系統(tǒng)的工藝流程如下圖1所示:圖1制冷流程示意圖3設(shè)計(jì)方案的確定3.1制冷劑的選擇制冷劑是在制冷系統(tǒng)中通過相變傳遞熱量的流體，它在低溫低壓時(shí)吸收熱量，在高溫高壓時(shí)放出熱量。制冷劑作為制冷(熱)系統(tǒng)的工作介質(zhì)。F-22是為二氟一氯甲烷，為消耗臭氧層物質(zhì)，為國(guó)家限用的制冷劑，我們不用也不提倡大家使用此類制冷劑。從20世紀(jì)30年代開始，以R11、R12和R22為代表的CF-Cs和HCFCs制冷劑的大量開發(fā)，使得制冷技術(shù)得到了飛躍性發(fā)展;但在70年代中期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)CFCs和HCFCs在大氣平流層中會(huì)消耗大量的臭氧，并且在南極上空造成了臭氧空洞，對(duì)地球表面的氣候、生物產(chǎn)生了一系列不利影響[3]。本設(shè)計(jì)使用氨做制冷劑，氨作為天然、無(wú)害的制冷劑，不僅對(duì)環(huán)境沒有污染，還會(huì)有許多的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)際制冷學(xué)會(huì)最新的文獻(xiàn)[4]提出：在蒸發(fā)溫度-35℃以上，氨制冷劑的熱力性質(zhì)是所有制冷劑中最佳的，即在蒸發(fā)溫度-35℃以上，采用氨制冷劑運(yùn)行能耗最低。氨工質(zhì)的主要優(yōu)點(diǎn)：[5]1)除空氣與水外最廉價(jià)的一種制冷工質(zhì)；2)標(biāo)準(zhǔn)沸騰溫度低，在冷凝器和蒸發(fā)器壓力適中；3)單位容積制冷量大，單位冷量所需的制冷劑循環(huán)量少，熱傳導(dǎo)率高氣化潛熱大；4)節(jié)流損失少，運(yùn)行效率高；5)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力低，對(duì)機(jī)器的要求低，冷凍系統(tǒng)材料成本低；6)有刺激性氣味，泄漏時(shí)極容易由氣味及測(cè)漏試紙、試藥測(cè)出，空氣中含有50mg/m3的氨時(shí)，人的嗅覺即可分辨；7)與礦物油不相溶，在低溫下與油容易分離，氨比重較油輕，冷凍油往往沉于氨液之下，可方便地對(duì)冷凍系統(tǒng)進(jìn)行回油；8)常溫及低溫下熱力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；9)ODP=0,GWP=0。3.2冷卻劑的選擇選取河水作為冷卻劑，其來(lái)源廣、經(jīng)濟(jì)、方便。3.3液體流入冷凝器空間的選擇在管殼室冷凝器中,哪種流體流經(jīng)管內(nèi)（管程）、哪一種流體流經(jīng)管外（殼程）、是關(guān)系到該冷凝器的使用是否合理的問題。流體流入空間的確定一般可以從以下幾個(gè)方面考慮：（1）不潔凈或結(jié)垢的物料應(yīng)當(dāng)流經(jīng)易清洗的一側(cè)。固定管板式換熱器的直管束管內(nèi)較易清洗，故一般應(yīng)通入管內(nèi)；（2）要保證管內(nèi)和管外都有適當(dāng)?shù)牧魉?以保證有較高的傳熱系數(shù)。因此要提高流速以增大其傳熱膜系數(shù)的流體應(yīng)通入管內(nèi)；（3）有腐蝕性的流體應(yīng)流管內(nèi)；（4）壓力高的流體應(yīng)流管內(nèi)；（5）飽和蒸汽一般應(yīng)通入殼程,以便排出冷凝液,而且蒸汽較清潔；（6）冷凝劑一般走殼程，便于散熱減少冷凝劑用量。綜上所述，本次設(shè)計(jì)使用河水做冷卻劑，比較臟，走管程；而冷凝劑氨走殼程。3.4液速的選擇流速增大，傳熱膜系數(shù)增大，同時(shí)還可以減少污垢在管子表面沉積的可能性而降低污垢熱阻，從而使K值提高，所需傳熱面積減少，設(shè)備投資費(fèi)減少。但增大流速又使流動(dòng)阻力相應(yīng)增加，動(dòng)力消耗即操作費(fèi)用增加。因此，選擇適宜的流速十分重要，一般都盡可能使流動(dòng)的Re>104。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，流速的范圍見下表：表1列管換熱器工業(yè)上常用的流速范圍流體種類流速（m/s）管程殼程一般液體0.5~30.2~1.5易結(jié)垢液體＞1＞0.5氣體5~303~15因此，綜合考慮各種因素，本設(shè)計(jì)選擇河水的流速u=1.2m/s。3.5冷卻劑適宜出口溫度的確定按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，我班冷卻水進(jìn)水溫度為6-10℃，本設(shè)計(jì)取t1=10℃，若選用較低的出口溫度，則用水量大，操作費(fèi)用高，但傳熱平均溫差較大，所需傳熱面積較小，設(shè)備費(fèi)也較低。根據(jù)冷卻水出口溫差為4～10℃，即冷卻水出口溫度t2=t1+(4~10)℃,而冷卻水的進(jìn)口溫度比較低，因此本設(shè)計(jì)取t2=18℃。因此可得到冷卻介質(zhì)水的定性溫度為T水=（10+18）/2=14℃。3.6蒸發(fā)溫度、冷庫(kù)溫度、制冷劑蒸發(fā)溫度、冷凝溫度確定在冷庫(kù)中以空氣為載冷劑，高溫庫(kù)的工作溫度為0～4℃，選取高溫庫(kù)0℃，根據(jù)蒸發(fā)溫度t0應(yīng)比載冷劑低8～12℃，選取蒸發(fā)溫度t0=-12℃。冷凝溫度取決于冷凝介質(zhì)的溫度，也與冷凝器的型式有關(guān)，為了保證冷凝器內(nèi)的熱交換，冷凝溫度tk必須高于冷卻水出口溫度t24～5℃，且其端部溫差（tk-t1）可取7～14℃，本設(shè)計(jì)冷凝溫度取tk=20℃。根據(jù)過冷溫度tu較冷凝溫度tk應(yīng)低3-5℃，所以選取tk=20℃，tu=16℃。過熱溫度tp比蒸發(fā)溫度t0高3~4℃，本設(shè)計(jì)取tp=-8℃。綜上所述，本實(shí)驗(yàn)所選擇的相關(guān)溫度如下：進(jìn)口溫度t1=10℃出口溫度t2=18℃冷凝溫度tk=20℃過冷溫度tu=16℃蒸發(fā)溫度t0=-12℃過熱溫度tp=-8℃4設(shè)計(jì)計(jì)算及說明4.1冷凝器型式的選擇本方案采用了河水作為冷卻劑，所以選擇水冷式的冷凝器。水冷式的冷凝器是最常見的冷凝器，最常用的水冷式冷凝器有兩形式，一種立式管殼式冷凝器，一種是臥式管殼式冷凝器，一下表2為這兩種冷凝器的比較，

表2常用冷凝器的比較冷凝器類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用范圍立式殼管式1.可裝設(shè)在室外露天，節(jié)省機(jī)房面積；2.清洗方便；3.漏氨易發(fā)現(xiàn)。1.傳熱系數(shù)比臥式殼管式低；2.冷卻水進(jìn)出溫差小，耗水量大。中型及大型氨制冷裝置臥式殼管式1.結(jié)構(gòu)緊湊；2.傳熱效果好；3.冷卻水進(jìn)出溫差大，耗水量小。1.清洗不方便；2.漏氨不易發(fā)現(xiàn)。大、中、小氨和氟利昂制冷裝置都可采用一般情況下立式冷凝器與臥式相比其給熱系數(shù)較小，無(wú)特殊要求一般選取臥式的換熱方式。而且一般立式比臥式的管子半徑大一些[6]。綜合比較兩種常用冷凝器的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍，本設(shè)計(jì)使用臥式管殼式冷凝器。4.2冷凝器的選型計(jì)算4.2.1冷凝器的熱負(fù)荷冷凝器的熱負(fù)荷是制冷劑的過熱蒸汽在冷凝過程（包括冷卻、冷凝及過冷）所放出的總熱量，可用制冷劑的壓焓圖算出。對(duì)于開啟式制冷壓縮機(jī)，在忽略熱損失的情況下，它應(yīng)等于制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量與氣態(tài)低壓制冷劑在制冷機(jī)中被壓縮成高壓氣體時(shí)所獲得的機(jī)械功之和，并可用下式簡(jiǎn)化計(jì)算：QL=φQ0（kW）式中：QL——冷凝器的熱負(fù)荷；kWQ0——制冷量kW；φ——系數(shù),與蒸發(fā)溫度,冷凝溫度,汽缸冷卻方式及制冷劑的種類有關(guān)，可以從設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中圖查得。其中，Q0=1300kW，查表得φ=1.13所以，QL=1300×1.13kW=1469kW4.2.2冷凝器的傳熱面積計(jì)算在水冷式冷凝器中，立式和臥式管殼冷凝器的制冷在管外冷凝，冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)。其傳熱面積可用下式計(jì)算：QUOTE式中：F——冷凝器的傳熱面積，m2；

QL——冷凝器得熱負(fù)荷，W；K——傳熱系數(shù)，W/（m2·K）或W/（m2·℃）；?t——傳熱平均溫差，℃；

q——單位面積熱負(fù)荷，W/m2。由表中初估，K=700~900W/m2·K，取K=800W/m2·K；q=4000~5000W/m2，取q=4500W/m2。則：預(yù)估4.2.3冷凝器冷卻水用量水冷式冷凝器的冷卻水用量可以用下式求得：式中：QL——冷凝器的熱負(fù)荷，kW；Cp――冷卻水的定壓比熱，kJ/（kg·K），淡水取4.186，海水取4.312；t1、t2――冷卻水進(jìn)、出冷凝器的溫度，K或℃。體積流量4.3管數(shù)、管程數(shù)和管束的分程、管子的排列本次設(shè)計(jì)方案選取傳熱管道尺寸為ф25×2mm的無(wú)縫鋼管，則di=21mm；do=25mm；b=2mm；dm=23mm。4.3.1管數(shù)選定了管內(nèi)流速和管徑后，可用下式求得單程管子總數(shù)n:QUOTE式中：V——管內(nèi)流體的體積流量，m3/s；d——管子內(nèi)直徑，m；u——流體流速，m/s。算出n后，圓整為整數(shù)。根。4.3.2管程數(shù)按單程冷凝器計(jì)算，管束長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則式中：A——傳熱面積，m2；其他符號(hào)同前。冷凝器的長(zhǎng)徑比有一定的要求，一般L/D=3-8。若按單程設(shè)計(jì)L太長(zhǎng)，超過上述長(zhǎng)徑比范圍時(shí)，一般可采用多程管解決。管程數(shù)為m，則：m=L/l式中：L——按單程計(jì)算的管長(zhǎng)，m；l——選定的每程管長(zhǎng)，m；考慮到管材的合理利用，按管材一般出廠規(guī)格為6m長(zhǎng)，則l可取為1，1.5，2，3和6m等。此處選用l=6m，算出的m必須取整數(shù)。因此采用多程管后，冷凝器的總管數(shù)NT為4.3.3管束的分程、管子在管板上的排列方式從制造、安裝、操作角度考慮，偶數(shù)管程有更多的方便之處，由上面的計(jì)算可得，管程數(shù)有八程，擬設(shè)一個(gè)冷凝器，程數(shù)較多，課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書上建議多程選用徑向分布，但這種分法卻存在冷卻水進(jìn)出口相鄰、水只能下進(jìn)下出的缺點(diǎn)，影響制冷效果，同時(shí)為了可排列更多的管子，本設(shè)計(jì)采用同心圓法，管子按正三角形排列。分程隔板的具體布置如花板布置圖所示。4.3.4管心距及偏轉(zhuǎn)角管板上兩根管子中心距離a成為管心距。管心距的大小要考慮管板強(qiáng)度和清洗管子的外表面時(shí)所需空隙，它與管子在管板上固定的方法有關(guān)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，焊接法最小管心距一般采用=1.25d0，本設(shè)計(jì)所取管子外徑d0=25mm，則，取管心距=32mm。當(dāng)臥式冷凝器的殼程為蒸汽冷凝，且管子按正三角形排列時(shí)，為了減少液膜在列管上的包角及液膜厚度，管板在裝置時(shí)，其軸線應(yīng)與設(shè)備的水平軸線偏轉(zhuǎn)一定角度，查表可得可取7°4.4殼體直徑、殼體厚度計(jì)算4.4.1殼體直徑殼體的直徑應(yīng)等于或稍大于管板的直徑。所以，從管板的計(jì)算可以決定殼體的內(nèi)徑。通常用下式確定：D=a(b-1)+2e式中：D——?dú)んw內(nèi)徑，mm；a——管心距，mm；b——最外層的同心圓對(duì)角線上的管數(shù)；e——同心圓最外層管子中心到殼體內(nèi)壁的距離。一般取e=（1~1.5）d0其中，a=32mm，b=33,取e=1d0=25mm因此D=32×(33-1)+2×25=1074mm殼體的內(nèi)徑應(yīng)圓整到最靠近的部頂標(biāo)準(zhǔn)尺寸，殼徑的部頂標(biāo)準(zhǔn)尺寸見下表：表3標(biāo)準(zhǔn)尺寸（mm）殼體內(nèi)徑325440500600700800900100011001200最小壁厚8101214由上表，考慮到管板的厚度和鋼管的排列方式，確定殼體的內(nèi)徑為1100mm，則最小壁厚為14mm。因而，冷凝器的長(zhǎng)徑比L/D=6000/1100=5.45，符合L/D=3～8的要求4.4.2殼體厚度的計(jì)算當(dāng)熱交換器受內(nèi)壓時(shí)，外殼的厚度s可用下式計(jì)算：式中：s——外殼壁厚，cm；P——操作時(shí)之內(nèi)壓力，N/cm2（表壓）；——材料的許用應(yīng)力，N/cm2；——焊縫系數(shù)，單面焊縫=0.65，雙面焊縫=0.85；C——腐蝕裕度，其值在(0.1～0.8)cm之間；D——外殼內(nèi)徑，cm。按此式算出殼體厚度后，還應(yīng)適當(dāng)考慮安全系數(shù)，以及開孔的強(qiáng)度補(bǔ)償措施。一般都應(yīng)大于表3所列的最小厚度值。其中，查壓焓圖,冷凝溫度為20℃時(shí),得P絕=8.2×105Pa=82.02N/cm2，∴P=P絕—P大=82.02—10.13=71.89N/cm2其中D=110cm，=0.65，C=0.8cm根據(jù)相關(guān)資料,選取鋼[σ]為9810N/cm2112Mpa=11200因此：殼體厚度S最終取整數(shù)，則取s=15mm4.5計(jì)算校核4.5.1實(shí)際流速實(shí)際流速4.5.2流體雷諾數(shù)及流體類型查得定性溫度14℃下，冷卻水的粘度μ=1.1684×10-3Pa·s，ρ=999.2kg/m3雷諾數(shù)所以冷卻水的流動(dòng)形態(tài)為湍流，符合實(shí)際要求。4.5.3傳熱系數(shù)K4.5.3.1管內(nèi)冷卻水的傳熱系數(shù)查得定性溫度14℃下，冷卻水的粘度μ=1.1684×10-3Pa·s，ρ=999.2kg/m3，比熱容cp=4.1909kJ/kg·K,=0.5868W/m·K。因?yàn)榱黧w雷諾數(shù)Re>104，0.7<Pr<120，可用下式計(jì)算圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)（冷卻劑）：式中：——導(dǎo)熱系數(shù)，；Cp——水的比熱，；n——被加熱時(shí)，取n=0.4，Pr——普蘭特準(zhǔn)數(shù)；d——管子內(nèi)徑，m。4.5.3.2管外制冷劑冷凝膜系數(shù)式中：——冷凝液的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·K；——冷凝液的密度,kg/m3；——氨蒸汽的冷凝潛熱，kJ/kg；——冷凝液的粘度，Pa·s；——管外徑，m；——水平管束上下重疊的管子數(shù)；——氨蒸汽飽和溫度與冷壁面溫度之差，℃。查表可知氨蒸汽飽和溫度為20℃，。冷凝液的定性溫度。查得定性溫度17℃下，氨的ρ＝601.24kg/m-3，r=1162.26kJ/kg,μ=1.4×10-4Pa·s，λ=0.476w/m·K，，取整數(shù)為184.5.3.3以管內(nèi)表面積為基準(zhǔn)的Ki冷凝器以管內(nèi)表面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)Ki可用下式計(jì)算：=式中：——管外制冷劑冷凝膜系數(shù)，W/（m2·K）；——管內(nèi)冷卻水的傳熱膜系數(shù)，W/（m2·K）；——基管外表面積，m2；——基管內(nèi)表面積，m2；——基管平均面積，m2；——管壁厚度，m；——管壁熱導(dǎo)系數(shù)，W/（m·K）；查得鋼=36～54W/（m·K），取=54W/（m·K）；——制冷劑側(cè)污垢熱阻，㎡·K/W；制冷劑為氨，取=0.18×10－3～0.6×10－3；本設(shè)計(jì)取0.18×10－3；——水側(cè)垢層熱阻，m2·K/W；查得澄清的河水的水側(cè)污垢熱阻=0.34×10-3m2·K/W其中，===920W/（m2·K）4.5.4傳熱面積計(jì)算及安全系數(shù)計(jì)算冷凝傳熱的平均溫差：理論傳熱面積：實(shí)際傳熱面積：安全系數(shù)該安全系數(shù)屬于5-15%范圍，符合要求。4.5.5冷凝器的阻力冷凝器的阻力計(jì)算只需要計(jì)算管程冷卻水的阻力，殼程為制冷劑蒸汽冷凝過程，可不計(jì)算流動(dòng)阻力。冷卻水的阻力可按下式計(jì)算：式中：λ——管道的摩擦阻力系數(shù)；湍流狀態(tài)下，鋼管λ=0.22；銅管λ=0.184Re-0.2Z——冷卻水流程數(shù)；L——每根管子的有效長(zhǎng)度，m；d——管子內(nèi)直徑,m；u——冷卻水在管內(nèi)的流速，m/s；g——重力加速度，m/s2； Σε——局部阻力系數(shù)，可近似取為：Σε=4Z其中，λ==0.22Re-0.2=0.22×21550-0.2=0.03，L=6m，d=0.021m，u=1.2m/s，Z=8，Σε=4Z=48=32本設(shè)計(jì)采取的是鋼管，因此,則冷卻水的阻力為：4.4.6回?zé)岬呐袛嗉盁崃亢馑銏D2蒸氣壓縮制冷循環(huán)的壓—焓圖本設(shè)計(jì)確定：1）蒸發(fā)溫度t0為：-12℃2）冷凝溫度tk為：20℃3）冷卻水出口溫度t2為：18℃4）過冷溫度tu為：16℃根據(jù)《食品工程原理》P91的氨的壓焓圖查得（kJ/kg）：h1=1440kJ/kg，h2=1625kJ/kg，h3=h4=260kJ/kg，h3’=h4’=280kJ/kg單位制冷量：壓縮功：制冷系數(shù)：?jiǎn)挝谎h(huán)量：制冷劑的放熱量：冷凝器的熱負(fù)荷：由此可見，本設(shè)計(jì)熱量基本平衡，符合實(shí)際要求。

5設(shè)計(jì)結(jié)果概要表項(xiàng)目指標(biāo)設(shè)計(jì)結(jié)果冷凝器冷凝器類型臥式殼管式冷凝器冷凝器臺(tái)數(shù)1臺(tái)殼體內(nèi)徑1100mm殼體厚度15mm內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)920W/m2﹒k實(shí)際傳熱面積335.5m2理論傳熱面積319m2傳熱面積安全系數(shù)5%換熱管冷凝換熱管材料無(wú)縫鋼管換熱管規(guī)格φ25×2mm總管數(shù)848根每程管數(shù)106根管程數(shù)8管長(zhǎng)6m管子排列方式同心圓偏心角7°長(zhǎng)徑比5.45管心距32mm制冷劑R717（氨）蒸發(fā)溫度-12℃冷凝溫度18℃過熱溫度-8℃過冷溫度16℃制冷劑冷負(fù)荷1300kW高溫庫(kù)工作溫度0-4℃進(jìn)口溫度10℃出口溫度18℃?zhèn)鳠崞骄鶞夭?℃熱負(fù)荷1469kW流速1.2m/sRe21550冷卻劑冷卻水用量157919.3kg/h冷卻水阻力7.38m水柱安全系數(shù)5%6設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及問題討論6.1設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)(1)此次管殼式冷凝器的設(shè)計(jì)在上學(xué)期原有的食品工程原理的理論基礎(chǔ)以及老師的耐心指導(dǎo)下開展，剛開始時(shí)讓人摸不著頭腦，一是不熟悉設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容、二是食品工程原理離我們已有一段時(shí)間了，所謂新舊知識(shí)的沖突，肯定舊知識(shí)容易被人遺忘，但是在認(rèn)真研究設(shè)計(jì)指導(dǎo)書以及跟同學(xué)之間討論后摸索到出路，發(fā)現(xiàn)做此設(shè)計(jì)的意義之所在：讓我們對(duì)工程原理的理論只是有了更深入更廣闊地了解與學(xué)會(huì)如何運(yùn)用學(xué)到的相關(guān)知識(shí)，如不僅僅只會(huì)紙上談兵，不能學(xué)以致用。(2)通過本次設(shè)計(jì)，我們對(duì)工程計(jì)算更敏感，知道很多有關(guān)冷凝器、管子方面的計(jì)算，清楚了解到選擇什么冷凝器、什么管子、什么排列方式都不能單從一方面決定，要綜合流體物理性質(zhì)、流速、安全系數(shù)等等的方面；還學(xué)到了許多設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容，這些對(duì)我們來(lái)說既吸引又陌生，是很好的挑戰(zhàn)。(3)在設(shè)計(jì)過后，我們還通過了許多雷諾數(shù)的計(jì)算、長(zhǎng)徑比、安全系數(shù)等方面的核算來(lái)確認(rèn)方案的可實(shí)行性，保證冷凝器的可行性與安全性。培養(yǎng)了我們更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。6.2設(shè)計(jì)問題及討論6.2.1設(shè)計(jì)問題(1)首先，我認(rèn)為最大的問題是指導(dǎo)書上的內(nèi)容不夠齊全且說得不太明白，不易懂。我認(rèn)為指導(dǎo)書的作用主要是指導(dǎo)我們了解這個(gè)設(shè)計(jì)的方案如何進(jìn)行，但是指導(dǎo)書做不到這一點(diǎn)，指導(dǎo)書說到的點(diǎn)比較淺，對(duì)于一些我們學(xué)習(xí)過的內(nèi)容，我們尚能理解，但是對(duì)于一些新的內(nèi)容，希望能夠說得更明白些，或者在講解課上更清晰明了地解釋，例如管束的分程、管子在管板上的排列方式、管心距等內(nèi)容都是我們沒有接觸的的內(nèi)容，而且指導(dǎo)書上內(nèi)容比較少且比較亂，學(xué)生抓不住重要也抓不住根本，無(wú)從下手。其次在完成冷凝器的設(shè)計(jì)之后，核算的部分指導(dǎo)書上沒有說明，這也讓我們不知所措，方式我們都懂，