化工原理课程设计-空气压缩机后冷却器

目目录录 一、设计任务书.1 1.1 设计数据1 1.2 设计项目1 1.3 设计分量1 二、确定设计方案.2 2.1 选择换热器的类型.2 2.2 流动方向及流速的确定.2 2.3 安装方式.2 三、设计条件及主要物性参数.3 3.1 设计条件3 3.2 确定主要物性数据3 3.2.1 定性温度3 3.2.2 流体有关物性数据3 四、传热过程工艺计算.5 4.1 估算传热面积.5 4.1.1 热流量5 4.1.2 平均传热温差5 4.1.3 传热面积5 4.1.4 冷却水用量5 4.2 主体构件的工艺结构尺寸5 4.2.1 管径和管内流速5 4.2.2 管程数和传热管数5 4.2.3 平均传热温差校正及壳程数.6 4.2.4 传热管的排列和分程方法.6 4.2.5 壳体内径.6 4.2.6 折流板6 4.3 换热器主要传热参数核算7 4.3.1 热量核算7 4.3.2 壁温核算.9 4.3.3 换热器内流体的流动阻力压降9 五、机械结构设计. 11 5.1 壳体 11 5.1.1 壳体直径与壁厚 11 5.1.2 气压校核 11 5.2 浮头管板及浮头法兰 11 5.3 管箱法兰和管箱侧壳体法兰 11 5.4 管箱结构设计12 5.5 固定端管板结构12 5.5 外头盖法兰、外头盖侧壳体法兰12 5.6 拉杆12 5.7 分程隔板12 5.8 接管12 5.9 折流板13 5.9.1 折流板选型13 5.9.2 折流板计算13 六、连接及排列方式.14 6.1 管子与管板的连接14 6.2 管板与壳体、管箱的连接14 6.3 管程分布与管子排列14 6.4 分程隔板的连接14 七、附属件的计算及选型.15 7.1 接管法兰15 7.2 垫片15 7.3 防冲板15 7.4 支座设计15 7.3.1 支座的设计选型.15 7.3.2 支座承载能力校核.16 八、设计计算结果汇总表.17 九、设计总结.18 十、参考资料.19 附空气压缩机冷却器工艺流程图.20 一、设计任务书一、设计任务书 1.11.1 设计数据设计数据 为某工厂设计一台空气压缩机后冷却器的基础数据如下 1空气流量Vh 13 m /min 标准状态 操作压强Ph1.5 MPa 进口温度（初温） T1150℃ 出口温度（终温） T2 40℃ 2冷却剂常温下的水 初温t1＝30℃； 终温t2＝36℃； 温差△t6℃； （△t5～8℃） 3冷却器的压降1m 水柱1m 水柱＝9.8*10 pa 3 3 1.21.2 设计项目设计项目 1、确定设计方案确定冷却器型式，流体流向与流速的选择，冷却器的安装方式等； 2、工艺设计冷却器的工艺计算和强度计算，确定冷却剂用量，传热膜系数，传热面积， 换热器管长，总管数，管间距，管程数，壳程数，校核压降等。 3、结构设计管子在管板上的固定方式，管程分布与管子排列，分程隔板的连接，管板与 壳体的连接，折流挡板。 4、机械设计确定壳体，管板壁厚尺寸，选择冷却器的封头，法兰，接管法兰，支座等。 5、 附属设备选型； 1.31.3 设计分量设计分量 1、编写设计说明书一本。 2、一号图纸一张（画冷却器） 3、设计要求在规定时间内独立完成，设计方案合理，论述清楚，计算正确，制图无误，答 辩流利正确。 1 二、确定设计方案二、确定设计方案 2.12.1 选择换热器的类型选择换热器的类型 本设计中空气压缩机的后冷却器选用带有折流挡板的浮头式换热器，这种换热器管束 可以抽出，以方便清洗管、壳程；介质间温差不受限制；管内外均可承受高温高压；可用于 结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。考虑气体温度较高，而且要求1.5MPa 的工 作压强，故选用浮头式换热器。 采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流， 可以提高对流表面传热系数， 提高 传热效率。 本设计中的浮头式换热器采用的材料为碳钢管20R 钢。 2.22.2 流动方向及流速的确定流动方向及流速的确定 本冷却器的管程走冷却水， 壳程走压缩后的热空气。 热空气和冷却水逆向流动换热。 由 于循环冷却水较易结垢， 若其流速太低， 将会加快污垢增长速度， 使换热器的传热能力下降， 所以从总体考虑，应使循环水走管程，压缩后的热空气走壳程。 -1 查阅传热传质过程设备设计P7 表 1-3 可得到，热空气的流速范围为3～15 ms ； -1-1 冷却水的流速范围为 0.3～3.0 ms 。本设计中，假设冷却水的流速为0. 6ms ，然后进 行计算校核。 2.32.3 安装方式安装方式 冷却器是小型冷却器，采用卧式较适宜。 水 空气 水空气 2 三、设计条件及主要物性参数三、设计条件及主要物性参数 3.13.1 设计条件设计条件 由设计任务书可得设计条件如下表 参 数 类型 热空气（管外） 冷却水（管内） 体积流量 3 （标准 m /min） 13 － 进口温度 （℃） 150 30 出口温度 （℃） 40 36 操作压力 （Mpa） 1.5 0.3 设计压力 （Mpa） 1.6 0.4 注要求设计的冷却器在规定压力下操作安全， 必须使设计压力比最大操作压力略大， 本设 计的设计压力比最大操作压力大0.1MPa。 3.23.2 确定主要物性数据确定主要物性数据 3.2.13.2.1 定性温度定性温度 取流体进出口温度的平均值。壳程气体的定性温度为 T  15040  95 ℃ 2 管程水的定性温度为 t  3036  33 ℃ 2 3.2.23.2.2 流体有关物性数据流体有关物性数据 由化学化工物性数据手册（无机卷） 查得 热空气物性 -1-1 导热系数λo0.0317 Wm K -5 粘度μo 2.1710 Pas -1-1 定压比热容Cp,o＝1.009 kJkgK -3 空气密度ρ o ＝.293 kgm 1600kPa/101.33kPa273K/27395K＝15.146 -3 kgm 在 95℃，1.6MPa 下空气的有关物性数据如下 物性 空气 3 密度ρo 3 （kg/m ） 15.146 定压比热容 Cp,o [kJ/kg℃] 1.009 粘度ηo （Pas） 2.1710-5 导热系数λo -1-1 （Wm ℃ ） 0.0317 冷却水物性 -1-1 导热系数λi0.6220 Wm K -4 粘度μi7.52310Pas -1-1 定压比热容Cp,i＝4.178kJkgK -3 密度ρi994.73 kgm 在 33℃水的物性数据如下 物性 水 密度ρi 3 （kg/m ） 994.73 定压比热容 cp,i [kJ/kg℃] 4.178 粘度ηi （Pas） 7.52310-4 导热系数λi -1-1 （Wm ℃ ） 0.6220 4 四、传热过程工艺计算四、传热过程工艺计算 4.14.1 估算传热面积估算传热面积 4.1.14.1.1 热流量热流量 13 3 0.2167 m /s 60 空气的质量流量为 qm,o 0.216715