食品工程原理课程设计+管壳式冷凝器设计书

23/23食品工程原理课程设计管壳式冷凝器设计说明书

华南农业大学食品学院食品工程原理课程设计任务书一、设计题目：管壳式冷凝器设计。、设计任务：将制冷压缩机压缩后的制冷剂(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。设计条件：1.冷库冷负荷Q0=学生学号最后2位数×100(kw)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，每班分别可取进口水温度：21～25℃（1班）、6～10℃（2班）、11～15℃（3班）、16～20℃（4班）、1～5℃（5班）。4.传热面积安全系数5~15%。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(包括：①封面；②目录；③设计题目（任务书）；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（包括校核）；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、管壳式冷凝器的结构图（3号图纸）、及花板布置图（3号或者4号图纸）。目录1前言 62流程示意图 63流程及方案的说明和论证 73.1冷凝器的选择 73.2制冷剂的选择 83.3冷却剂的选择 83.3.1冷却剂流入空间的选择 83.3.2流速的确定 83.3.3冷却剂适宜进出口温度的确定 93.4制冷剂冷凝温度、蒸发温度、过冷温度的确定 93.4.1冷凝温度的确定 93.4.2过冷温度的确定 93.4.3蒸发温度的确定 93.5管材的选择 94设计计算及说明 104.1冷却水的实际流速、雷诺数与冷却水流动阻力 104.1.1冷却水的实际流速 104.1.2冷却水的雷诺数 104.1.3冷却水流动阻力 104.2理论传热面积的计算 114.2.1管内冷却水的传热膜系数的计算 114.2.2管外制冷剂的冷凝膜系数α0 124.2.3管的面积 124.2.4管的传热系数计算 124.3理论传热面积与传热面积安全系数的计算 134.3.1理论传热面积 134.4长径比L/D的核算 144.5热量恒算 144.6冷凝器的热负荷及初估冷凝器的传热面积 154.6.1冷凝器的热负荷 154.6.2初估冷凝器的传热面积 154.7冷凝器冷却水用量计算 164.8管数、管程数和管子的排列及传热管的布置排列、主体结构的确定 164.8.1管数、管程数和管子的排列 164.8.1.1管数 164.8.1.2管程数 174.8.2传热管的布置排列及主体结构的确定 174.8.2.1管束的分程 174.8.2.2管子在管板上的排列 174.8.2.3管心距的确定 184.8.2.4偏转角的确定 184.9壳体直径和壳体厚度的计算及主体设备主要结构尺寸 184.9.1壳体直径D计算 184.9.2壳体厚度的计算 194.9.3主体设备主要结构尺寸 194.9.3.1管板厚度 194.9.3.2管板上的管孔直径 194.9.3.3管板上相邻管孔中心距 194.9.3.4隔板厚度 204.9.3.5折流板厚度 204.9.3.6折流板外直径 204.9.3.7折流板孔直径 204.9.3.8折流板缺口 204.9.3.9流板的间距 205设计结果概要表 216对设计的评价及问题讨论 216.1对设计的评价 216.2问题讨论 226.2.1水质的影响 226.2.2管径设计问题 226.2.3管排列方式的设计 226.2.4设计者的局限性 226.3总结 23参考文献 23附录 23致谢 231前言制冷机是利用液体气化时吸热的原理来工作的，制冷剂在蒸发器中不断吸收欲降温物体的热量而气化，产生的低压蒸气由压缩机压缩后，在冷凝器中冷凝成为液体，并将冷凝热传给冷却水，冷凝后的制冷剂降压后送回蒸发器。冷凝器是蒸汽压缩式制冷的四个主要设备之一。它是通过冷热交换将气体冷却冷凝的设备。热量的传递是以温度差为推动力，温度高的气体将热量经过冷凝器管壁传给温度低的移热介质，达到气体冷凝的目的。该份设计书的任务是讲制冷压缩机压缩后的制冷剂（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。其中冷库冷负荷Q0=600kW；高温库工作温度为0～4℃，并采取回热循环；冷凝器的冷却剂为河水，温度为11～15℃。2流程示意图以上工艺流程图表明，低温低压的制冷剂蒸汽被压缩机吸入等熵压缩后成为高温高压气体，此高温高压气体经冷凝器等压冷凝成为高压液体，然后高压液体进入气液热交换器(又称回热器)，与来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽进行热交换，使高压液体过冷，过冷后的高压液体经节流阀后变成低温低压液体，然后进入蒸发器，在蒸发器内低温低压液体从冷库（冷库以空气作为载冷剂）吸收蒸发所需的热量，使其蒸发为低温低压蒸汽，此低温低压蒸汽进入气液交换器与来自冷凝器的高压液体进行热交换，使蒸汽过热后再度进入压缩机构成制冷循环，从而使周围介质的温度降低。此制冷循环采用了回热循环，是利用气液热交换器使节流前的制冷剂高压液体与蒸发器出来的低温低压蒸汽进行热交换，使液体过冷，低温蒸汽过热。采用回热循环不仅可以增加单位质量制冷量，而且可以减少低温制冷剂蒸汽与环境空气之间的传热温差，减少甚至消除蒸发器与压缩机之间吸气管道的无效过热，达到良好的制冷效果。3流程及方案的说明和论证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。3.1冷凝器的选择表1常用冷凝器的比较[1]冷凝器类型优点缺点使用范围立式壳管式1.可装设在室外露天，节省机房面积；2.清洗方便；3.漏氨易发现。1.传热系数比卧式壳管式低；2.冷却水进出温差小，耗水量大。中型及大型氨制冷装置卧式壳管式1.结构紧凑；2.传热效果好；3.冷却水进出温差大，耗水量小。1.清洗不方便；2.漏氨不易发现。大、中、小氨和氟利昂制冷装置都可采用套管式1.结构简单、制造方便；2.体积小，紧凑；3.传热性能好（水与制冷剂成逆向流动）。1.金属消耗量较大；2.冷却水的流动阻力较大；3.水垢清洗困难。小型氟利昂空调制冷机组沉浸式1.制造简单；2.维修清洗方便；3.安装地位不受限制。1.冷却水在水箱内的流动速度很低，故传热效果差；2.体积大。小型氟利昂制冷装置根据不同类型的水冷式冷凝器的优缺点比较，同时由于选用了制冷剂氨，所以选择了卧式壳管式冷凝器。它的优点是：结构紧凑、操作管理维修方便、换热系数大、传热效果好、冷却水耗量少。但对冷却水质要求高，水温要低；冷却水流动阻力比较大；清洗水垢不方便，需要设备停止工作。由于选用了制冷剂氨，所以确定选用氨卧式管壳式冷凝器，它的特点是结构紧凑、操作管理维修方便、换热系数大、传热效果好、冷却水耗量少。但对冷却水质要求高，水温要低；冷却水流动阻力比较大；清洗水垢不方便，需要设备停止工作。3.2制冷剂的选择本冷凝器采用氨为制冷剂。制冷剂是制冷系统中实现制冷循环的工作介质，也称为制冷工质。由于制冷机的大小、构造和材料以及在一定情况下的操作压力于制冷剂的性质有密切关系，所以在进行压缩制冷时必须慎重选用适合于操作条件的制冷剂。当今社会使用的制冷剂有氨气（代号：R717）、氟利昂-12（代号：R12）、氟利昂-22（代号：R22）和其他环保制冷剂如R-134a、R-404A等，但分析比较各种制冷剂优缺点，本设计选用氨作为制冷剂，原因如下：⑴氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7ᵒC，标准蒸发温度为－33.3ᵒC，在常温下冷凝压力一般为1.1～1.3MPa，即使当夏季冷却水温高达30ᵒC时也绝不可能超过1.5MPa，则对仪器设备的要求较低，减少了仪器的维护费用。⑵氨易于获得,价格低廉，单位标准容积制冷量较大，约为520Kcal/m3，相比于R12的288kcal/m3，有明显优势。⑶氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生“冰塞”现象。⑷氨自身有刺激性气味，当仪器出现问题，气体泄漏时，能较快被发现，有一定的安全保障，较为安全。⑸氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作用，且使蒸发温度稍许提高。因此，氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料，故本设计采用了钢管。3.3冷却剂的选择冷凝器用澄清的河水作为冷却剂。3.3.1冷却剂流入空间的选择在管壳式冷凝器中，流体流入空间的选择是关系到该冷凝器的使用是否合理的问题。其确定可以从以下几个方面考虑：①不洁净或易结垢的物料应当流经易清洗的一侧。固定管板式的直管束管内较易清洗，故一般应通入管内。如冷却水采用河水，比较脏或硬度比较高，受热后容易结垢，流管内便于清洗。此外，管内流体易维持高速，可避免悬浮粒子沉积。②要保证管内和管外有适当的流速，以保证有较高的传热系数。③有腐蚀性的液体应该流管内。④压力高的流体应该流管内。⑤饱和蒸汽一般应通入壳程，以便于派出冷凝液，而且蒸汽较清洁。⑥被冷却物料一般走壳程，便于散热，可减少冷却剂用量。澄清河水一般选择走管程，这是因为河水比较脏，受热后容易结垢，在固定管板式换热器的直管束内较易清洗；管内流体易维持高速，可避免悬浮粒子沉积。同时，氨走壳程也便于散热，从而减少冷却水的用量。因此，为了清洗方便，提高热交换律，本冷凝器的管程采用多管程，冷却水走管程，制冷剂走壳程。3.3.2流速的确定适宜的流速标准是既可以减少污垢在管子表面沉积的可能性而降低污垢热阻，使K值提高，所需传热面积减少，设备投资费减少，又可使流动阻力相应减少，动力消耗即操作费减少。选择流速一般都尽可能使流动的Re>10000。在工业上常用的走管程一般液体流速在0.5～3m/s之间，在同时考虑设备的制造成本和操作费用之后，确定取u=1.2m/s。3.3.3冷却剂适宜进出口温度的确定冷却水的出口温度可根据冷却水的费用及设备投资费之和为最小来确定。根据要求，进口水温度要求在11~15℃之间，而工业上卧式壳管式冷凝器冷却水的进出口温差一般在4~10℃之间，综合考虑后，确定本设计中选取的冷却水进口温度t1为15℃，出口温度t2为21℃，温差为21℃－15℃＝6℃。3.4制冷剂冷凝温度、蒸发温度、过冷温度的确定3.4.1冷凝温度的确定为保证冷凝器内的热交换，冷凝温度必须高于冷却剂的出口温度。根据设计要求：卧式壳管式冷凝器的进口端部最大温差（tk-t1）范围可取7～14℃。在此次设计中温差取10℃，则tk=12+t1=12+15=24℃。3.4.2过冷温度的确定过冷温度是指制冷剂在冷凝压力下，其温度低于冷凝温度时的温度。制冷剂液体的过冷度取决于冷却介质的温度与过冷器的传热温差。过冷器一般是以水作为冷却介质，一般过冷温度比冷凝温度低3～5℃，比进冷凝器的水温高3~5℃。所以确定本次设计取过冷度温差为5℃，则过冷温度=tk-4℃=24℃-4℃=20℃3.4.3蒸发温度的确定蒸发温度是指制冷剂在蒸发器中汽化时的温度，它的确定与所采用的制冷剂有关。蒸发温度的高低取决于被冷却物体的温度及传热温差，一般空气环境的传热温差为8～12℃。由于本设计要求的工作温度为0～4℃，确定选取工作温度t`为0℃，温差为10℃，所以可以确定蒸发温度为=t`-10℃=-10℃.3.5管材的选择在氨卧式冷凝器中较为适宜使用的是采用φ25mm×2.5mm和φ19mm×2mm的钢管。本设计采用的是φ25mm×2.5mm热轧碳素钢管。表2确定的冷凝器方案数据项目确定指标管材钢管制冷剂氨冷却剂河水流体流入冷凝器空间冷却剂河水走管程，制冷剂氨走壳程流速1.2m/s冷凝器类型卧式管壳式冷凝器冷却剂进口温度15℃冷却剂出口温度21℃冷凝温度24℃蒸发温度-10℃过冷温度20℃4设计计算及说明4.1冷却水的实际流速、雷诺数与冷却水流动阻力4.1.1冷却水的实际流速式中：V管内流体的体积流量，d管子内直径，n管数，得：u与设定值1.2m/s相差不大，设计可行。4.1.2冷却水的雷诺数在冷凝器的设计上，一般都应尽可能使管内流体流动的雷诺数Re>10000,流体处于湍流状态，这样就意味着流速的增加，传热膜系数的增大，从而达到强化传热的目的。同时可以减少污垢在管子表面沉积的可能性而降低污垢热阻，使K值提高，所需传热面积减少，设备投资费减少。本设计中的管内流体为河水，进出口温度的平均值为18℃，上面已查得水的性质，因此可得Re=即冷却水在管内处于湍流状态，符合设计要求。4.1.3冷却水流动阻力冷凝器的阻力计算只需计算管程冷却水的阻力，壳程为制冷剂蒸汽冷凝过程，可不计算流动阻力。当冷凝器的结构尺寸由设计确定之后，即可按下式计算冷却水的阻力：mH2O式中：——管道的摩擦阻力系数：在湍流状态下，铜管＝0.184Re-0.2钢管＝0.22Re-0.2；Z——冷却水流程数；L——每根管子的有效长度，m；di——管子内径，m；u——冷却水在管内的流速，m/s；g——重力加速度，m/s2；——局部阻力系数，可近似取为：＝4Z。λZ=5程，L=6m，di=0.02m，u’=1.173m/s，=4Z=4×5=20，故冷却水的流动阻力为H4.2理论传热面积的计算4.2.1管内冷却水的传热膜系数的计算管内冷却水的流动属于在圆形直管内作强制湍流，对于水这种低粘度液体(<2倍常温水的粘度)，采用下式计算传热膜系数：应用范围：，，式中n值与热流方向有关。当流体被加热时，n取0.4；当流体被冷却时，n取0.3。此处冷却水被加热，故n取0.4。定性温度：冷却水进出口平均温度，即18℃λ-导热系数,18℃水的导热系数[3]W/(m·K)。管长与管径比为L/d=6/0.015=400＞60.P符合α4.2.2管外制冷剂的冷凝膜系数α0根据膜状冷凝对热传热公式，有式中：ρ、λ、μ——冷凝液的密度、导热系数、粘度r——饱和蒸汽的冷凝潜热Δt——∆t=d——管子外径管束在垂直面上的列数；本方案采用正三角形法，则根据《食品工程原理课程设计指导书》：。式中为水平管束上下重垒的平均排数，为管子总数。正三角形错排时，可近似采用此式。即管列在垂直面上的列数

n=Z=0.6×氨的定性温度：

T℃时物性参数为：ρ=607.50kg/m3所以可得a4.2.3管的面积热流体即是管内的冷却水，其进出口的平均温度为18℃.热负荷Q=342kw，基管内表面积A1为A管外表面积A0为A管平均面积Am为A4.2.4管的传热系数计算以管外表面积为基准的传热系数Kof可按下式计算：式中：ao——管外制冷剂冷凝膜系数，w/（m2·K）ai——管内冷却水的传热膜系数，w/（m2·K）Ao——管外表面积，m2Ai——管内表面积，m2Am——管面平均面积，m2δp——管壁厚度，m，可以得到δp=0.002mλp——管壁导热系数，W/（m·K），管壁导热系数,钢导热系数一般为30～45。取λp=30W/(m•K)。Ro——制冷剂侧污垢热阻，m2·K/w，若制冷剂为氨，可取，此次取Ro=0.0005Ri——水侧垢层热阻m2·K/w;对于澄清河水且流速大于1m/s可取Ri=0.18×10-3m2·K/w.故以管外表面积为基准的传热系数K为K卧式冷凝器（氨的传热系数范围在700～900，本设计方案的传热系数符合要求。4.3理论传热面积与传热面积安全系数的计算4.3.1理论传热面积根据总传热速率方程可得理论传热面积为A=4.3.2传热面积安全系数的计算式中：：实际布置所得的传热面积，m2；A：理论传热面积，m2ε=在5%~15%的范围内，所以设计的冷凝器符合要求。4.4长径比L/D的核算冷凝器的长径比有一定的设计要求，一般要求长径比L/D＝3～8。根据设计计算所得数据：L＝6m壳体直径D＝0.8m可算得长径比L因此，长径比满足设计要求。4.5热量恒算设计中冷凝器的工作过程压焓图如下图3冷凝器工作过程压焓图回热循环过程为。非回热循环为其中为过热过程，为等熵压缩过程，为冷却过程，为冷凝过程，为过冷过程，为等焓膨胀过程，为等压蒸发过程。冷凝水进口温度为℃，出口温度为℃，冷凝温度为℃，蒸发温度为℃，过冷温度为℃。过热温度tp比蒸发温度t0高3～4℃，本设计取tp=-6℃:则得出：℃，℃，℃查氨的压焓图得：，，。′，′，′′单位制冷量：QUOTEq0=h1-压缩功：

W=h制冷系数：QUOTEε=q0W=1130单位循环量：QUOTEG=Q0q0=3100制冷剂的放热量：QUOTEQk=Gh2-h冷凝器的热负荷：QUOTEQL=Q0+G∙W=1550+1.37×195=1817.15放热量≈吸热量，热量平衡4.6冷凝器的热负荷及初估冷凝器的传热面积4.6.1冷凝器的热负荷本次设计要求的冰库冷负荷Q0为300kw。在忽略热损失的情况下，热负荷应等于制冷剂在蒸发器中吸收的热量（制冷Q0）与气态低压制冷剂在制冷机中被压缩成高压气体时所获得的机械功之和，可用下式简化计算：式中：QL——冷凝器的热负荷；Q0——制冷量；Ф——系数，由设计书P5图三查出Φ=1.14。于是QL=φQ0=300×1.14=342（kw）图2制冷剂R717（氨）的压焓图4.6.2初估冷凝器的传热面积制冷剂的温度并不是定值，但在没有装设专门的过冷设备的情况下，冷凝器内的过冷度是很少的。因此在分析冷凝器的特性时，常忽略这种过冷；气态制冷剂的过热量所占的比例一般也不很大，而且过热段的传热温差比冷凝较大，但过热段的传热系数比冷凝段小。为了简化计算，一般可以认为制冷剂的温度等于冷凝温度tk，则可以得到冷凝器的传热平均温差为

∆t=根据氨卧式管壳式冷凝器常用的K值范围在700～900w/(m2·k),所以初估冷凝器的传热系数为900w/（m2·K）,则估算的冷凝器传热面积为

F=式中：F——冷凝器的传热面积，m2；QL——冷凝器的热负荷，w；K——传热系数，w/(m2·K)或w/(m2·℃)；——传热平均温差，℃；4.7冷凝器冷却水用量计算冷却水的定性温度为：

t=由《食品工程原理》P375水的物理性质表查得查得18℃时水的性质：密度ρ=998.2kg/m3；热导率λ=0.5985w/（m·K）；黏度μ=100.42×10-5Pa/s。水冷式冷凝器的冷却水用量可由下式求得：M=式中：QL——冷凝器的热负荷，kw；Cp——冷却水的定压比热，kJ/(kg·k)；淡水比定压热容Cp=4.186kJ/（kg·K）t1、t2——冷却水进、出冷凝器的温度，K或℃。确定的冷却水进口温度t1为15℃，出口温度t2为21℃，由此可以得到冷却水的质量流量为QUOTEM=QLCp(t2因此冷却水的体积流量为

V=4.8管数、管程数和管子的排列及传热管的布置排列、主体结构的确定4.8.1管数、管程数和管子的排列4.8.1.1管数由下式求得单程管子总数n式中：V——管内流体的体积流量，0.014m3/s;d——管子内直径，根据φ19×2mm的无缝钢管,d=15×10-3m；u——流体流速，1.2m/s；

n=4.8.1.2管程数按单程冷凝器计算，管速长度为L，则式中：A——传热面积，m2；d——管子内直径，根据φ25×2.5mm的无缝钢管,d=20×10-3m；——单程管子总数所以

L=冷凝器的长径比有一定的要求，一般L/D=3～8。若按单程设计L太长，超过上述长径比范围时，一般可采用多程管解决。一般计算为：式中：L：按单程计算的管长，29.15m；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，则l可取1、1.5、2、3、6m等，这里取l＝6m。QUOTE考虑到管材的合理利用，按管材一般出厂规格为6m，则l可取1、1.5、2、3算出的m必须取整数，所以m=5程。采用多管程后，冷凝器的总管数Nt为：Nt=nm=38×5=190(根）4.8.2传热管的布置排列及主体结构的确定4.8.2.1管束的分程为了达到分程的目的，在冷凝器中的一端或两端的管箱中分别安置一定数量的分程隔板。分程可以采用各种不同的组合形式，但每一程中的管数应该大致相等，隔板的形式应简单，隔板的密封长度应短。4.8.2.2管子在管板上的排列管子在管板上排列时，应使管子在整个冷凝器截面上均匀而紧凑地分布，还要考虑流体性质，设备结构以及制造等方面的问题。当壳程流体是不污浊性介质时，宜采用等边三角形排列法。等边三角形排列法在一定的管板面积上可以配置较多的管子数，且由于管子间的距离相等，在管板加工时便于划线和钻孔。鉴于正三角形排列法有上述优点，且本设计的壳程流体氨是不污浊性介质，因此采用正三角形排列法。为使传热管排列均匀且紧凑以满足正三角形布管要求，当管子总数超过127根（本设计总管数为190根）时，按等边三角形排列的最外层管子与壳壁之间形成的弓形部分也应配置上附加的管子。这样不但可增加排管数，增大传热面积，而且可以消除了管外这部分空间，使管外流体分布更均匀。查《课程设计指导》p12页上的“表6：按等边三角形布管时的管子根数”，可以得到管子排列的六角行层数为8，对角线上的管数为17，详见花板图。4.8.2.3管心距的确定管板上相邻两根管子中心的距离a称为管心距。管心距的大小要考虑管板强度和清洗管子的外表面时所需空隙，它与管子在管板上固定的方法有关。当管子采用焊接方法固定时，若相邻两根管子的焊缝太近，就会因相互受到热的影响，使焊接质量不易保证，而采用胀接法固定时，过小的管心距会造成管板在胀接时由于挤压力的作用而发生变形，失去了管子与管板之间的连接力。因此，管心距必须有一定的数值范围。本次设计采用焊接法固定管子，根据生产实践经验，最小管心距amin一般采用对于本次设计选用的钢管，其管子外直径do为25mm所以可得最小管心距为a=1.25d0=1.25×25=31.25mm但因为最小管心距最小不能小于（do+6=31）mm，所以管心距选QUOTEamin=25mma_min=32mmQUOTEamin=25mm最外层管子中心至壳体内表面的距离不应小于（do/2+100）mm，即不应小于109.5mm。4.8.2.4偏转角的确定因为本设计中的卧式冷凝器的壳程为蒸汽冷凝，且管子按等边三角形排列，为了减少液膜在列管上的包角及液膜厚度，管板在装置时，其轴线应与设备的水平轴线偏转一定角度。其轴线应与设备的水平轴线偏转一定角度α。因为a=32mm，查“轴线偏转角度表”得偏转角α=7°4.9壳体直径和壳体厚度的计算及主体设备主要结构尺寸4.9.1壳体直径D计算壳体的内径应等于或稍大于管板的直径，所以从管板直径的计算可以决定壳体的内径。通常按下式确定壳体内径：D＝a(b-1)+2e式中：D——壳体内径，mm；a——管心距，mm；b——最外层的六角形对角线（或同心圆直径）上的管数； e——六角形最外层管子中心到壳体内壁的距离。一般取e=（1～1.5）do。其中a=32mm，b=17根，e取1.5do，即e=1.5d0=1.5×25=37.5mm，但最外层管子中心至壳体内表面的距离要求不应小于（do/2+100）mm，即不应小于109.5mm，所以在这里取故可得D=a壳体的计算值应圆整到最靠近的部颁标准尺寸，壳体的部颁标准尺寸见表5。表3标准尺寸（mm）壳体内径325440500600700800900100011001200最小壁厚8101214将壳体的内径圆整到D=800mm，此时壳体的最小壁厚为12mm。4.9.2壳体厚度的计算当热交换器受内压时，外壳的厚度s可用下式计算：式中：s——外壳壁厚，cm；P——操作时之内压力，N/cm2(表压)；查R171（氨）饱和状态温度、压力表：p绝对=1.0031×106Pa，换算为表压为P[]——材料的许用应力，N/cm2；查阅《机械设计手册》碳素钢的许用应力[]为113MPa[4]，即为11300N/cm2。——焊缝系数，单面焊缝＝0.65(取单面焊缝)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；D——外壳内径，cm。采用单面焊缝，故＝0.65，因为走壳程的流体氨有一定的腐蚀性，所以取C=0.5cm。于是可得外壳厚度s为s=算出壳体厚度后，还应适当考虑安全系数，以及开孔的强度补偿措施。一般都应大于表5所列的最小厚度值。因为s=9.94mm小于设计要求的最小壁厚12mm，所以壳体厚度选择为15mm。4.9.3主体设备主要结构尺寸在进行了设计计算中关于主体设备的大体结构尺寸（如壳径、管数、管程等）并校核后，还需要进一步确定主体设备其余部分的主要结构尺寸。4.9.3.1管板厚度当管板与换热管采用焊接时，管板的最小厚度应满足结构设计和制造的要求，因为管外径为25mm，则管板厚度应该为管外径的3/4[2]，即19mm。4.9.3.2管板上的管孔直径当管子外径为25mm时，管板上的管孔直径为25.4mm，允许偏差为+0.2mm。4.9.3.3管板上相邻管孔中心距当管子外径为25mm时，管板上相邻管孔中心距为32mm，允许偏差为0.3mm[3]。4.9.3.4隔板厚度当冷凝器的公称直径在800mm到1000mm之间时，对于碳素钢来说，隔板的最小厚度为12mm[4]。在本设计中，冷凝器的公称直径为800mm，因此隔板厚度取15mm。4.9.3.5折流板厚度当冷凝器的公称直径在800mm到1000mm之间以及换热管无支撑跨距在300mm到600mm之间时，折流板的最小厚度为10mm[4]。因此取折流板厚度为10mm。4.9.3.6折流板外直径当冷凝器公称直径在500mm到900mm之间时，折流板外直径等于公称直径减去4.5mm[4]，在本设计中冷凝器的公称直径为800mm，即取折流板外直径为795.5mm。4.9.3.7折流板孔直径当管子外径为25mm时，折流板孔直径为25.6mm，允许偏差为+0.4mm。4.9.3.8折流板缺口折流板的缺口弦高一般是0.10～0.40倍的圆筒内径。在卧式冷凝器中，折流板的缺口角度一般为90℃，弦高为15～20cm[4]。本设计取弦高为17cm。4.9.3.9流板的间距折流板间的最小间距一般不小于壳体内径的五分之一，且不小于50mm。本设计中，壳体内径为800mm，即折流板间的最小间距不小于160mm。而我国系列标准中采用的板间距有3种：150mm、300mm、600mm（固定管板式）。因此本设计中取板间距为600mm。根据所确定的关于主体设备的主要结构尺寸，绘制管壳式冷凝器的结构图以及花板布置图（见附录）。5设计结果概要表冷凝器项目指标类型卧式壳管式冷凝器冷凝器内径800mm冷凝器壁厚15mm管材型号φ25×2.5mm碳素钢管管长1140mm总管数190根每程管数38根管程5程隔板厚度15mm管心距32mm偏转角8°管子排列方式正三角形排列折流板格数9个制冷剂类型氨流入空间选择由上部进入管束外部空间，冷凝后由下部排出冷凝温度24℃蒸发温度-10℃过冷温度20℃冷却剂类型河水流入空间选择管程流速1.173m/s进口温度15℃出口温度21℃冷却水阻力4.45mH2O6对设计的评价及问题讨论6.1对设计的评价（1）本设计的冷凝器为水冷式卧式管壳式冷凝器（氨），经过核算本设计基本符合设计的要求，各项指标均能达到要求，具有一定的可行性。（2）本设计中的安全系数值（9.69%）,安全系数适中。冷却水阻力（4.45mHO）阻力较小。在流速上，本设计的流速（1.173）比较大，比较不容易结污垢，但可能造成能量的浪费。在管子数目方面，本设计管数为5，较小，壳体内径较小，可减少购置钢管及外壳的成本。（3）本设计的设备成本方面，跟其他同学相比，本设计为190根。相比之下，本设计在设备投资方面较经济。（4）在排列管道的方式上，本设计采用正三角排法，因为正三角形排列法在一定的管板面积上可以配置较多管子数，而且便于划线和钻孔。但管程为单程，画图较为不方便。（5）Δt的大小主要由冷却水的进出口温度、冷凝剂的冷凝温度决定。从中可以看出它的取值非常重要，同时还涉及传热系数的数值，因此要择最佳温度以确保合适的平均温差Δt。本设计由于计算次数有限，未能进行多次的选择，所得数据未必最佳。若用计算机编程对三者进行筛选，