空氣壓縮機后冷卻器設(shè)計 化工原理課程設(shè)計

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1、空氣壓縮機后冷卻器設(shè)計 設(shè)計說明書 一、設(shè)計任務(wù)書 1.原始數(shù)據(jù) （1） 空氣處理 12 m3/min ,操作壓強 1.4 MPa（絕對壓） 空氣進口溫度 147 ℃，終溫 40 ℃ （2）冷卻劑 ：常溫下的水(進出口溫度自己選擇) 初溫： 25 ℃ ，終溫： 33 ℃，溫升5—8 ℃ （3）冷卻器壓降 < 1m水柱 二、確定設(shè)計方案 2.1 選擇換熱器的類型 本設(shè)計中空氣壓縮機的后冷卻器選用帶有折流擋板的固定管板式換熱器，這種換熱器適用于下列情況：①溫差不大；②溫差較大但是殼程壓力較??；③殼程不易結(jié)構(gòu)

2、或能化學(xué)清洗。本次設(shè)計條件滿足第②種情況。另外，固定管板式換熱器具有單位體積傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊、堅固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，且適用于高溫、高壓的大型裝置中。 采用折流擋板，可使作為冷卻劑的水容易形成湍流，可以提高對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。 本設(shè)計中的固定管板式換熱器采用的材料為鋼管(20R鋼)。 2.2 流動方向及流速的確定 本冷卻器的管程走壓縮后的熱空氣，殼程走冷卻水。熱空氣和冷卻水逆向流動換熱。根據(jù)的原則有： （1）因為熱空氣的操作壓力達到1.1Mpa，而冷卻水的操作壓力取0.3Mpa，如果熱空氣走管內(nèi)可以避免殼

3、體受壓，可節(jié)省殼程金屬消耗量； （2）對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的的溫度差較大，對流傳熱系數(shù)較大者宜走管間，因壁面溫度與對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體溫度相近，可以減少熱應(yīng)力，防止把管子壓彎或把管子從管板處拉脫。 （3）熱空氣走管內(nèi)，可以提高熱空氣流速增大其對流傳熱系數(shù)，因為管內(nèi)截面積通常比管間小，而且管束易于采用多管程以增大流速。 查閱《化工原理（上）》P201表4－9 可得到，熱空氣的流速范圍為5～30 ms-1；冷卻水的流速范圍為0.2～1.5 ms-1。本設(shè)計中，假設(shè)熱空氣的流速為8 ms-1，然后進行計算校核。 2.3 安裝方式 冷卻器是小型冷卻器，采用臥式較適宜。 空

4、氣 空氣 水 水 三、設(shè)計條件及主要物性參數(shù) 3.1設(shè)計條件 由設(shè)計任務(wù)書可得設(shè)計條件如下表： 數(shù) 參 類型 體積流量 （標(biāo)準(zhǔn)m3/min） 進口溫度 （℃） 出口溫度 （℃） 操作壓力 （Mpa） 設(shè)計壓力 （Mpa） 空 氣（管內(nèi)） 83 148 42 1.1 1.2 冷卻水（管外） － 25 33 0.3 0.4 注：要求設(shè)計的冷卻器在規(guī)定壓力下操作安全，必須使設(shè)計壓力比最大操作壓力略大，本設(shè)計的設(shè)計壓力比最大操作壓力大0.1MPa。 3.2確定主要物性數(shù)據(jù) 3.2.1定性溫度的確定 可

5、取流體進出口溫度的平均值。管程氣體的定性溫度為 ℃ 殼程水的定性溫度為 ℃ 3.2.2流體有關(guān)物性數(shù)據(jù) 根據(jù)由上面兩個定性溫度數(shù)據(jù)，查閱《化工原理（上）》P243的附錄六：干空氣的物理性質(zhì)（101.33kPa）和P244的附錄七：水的物理性質(zhì)。運用內(nèi)插法（公式為 ）,可得殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 空氣在95℃，1.2MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 　物性 密度ρi （kg/m3） 定壓比熱容cpi [kJ/(kg℃)] 粘度μi （Pas） 導(dǎo)熱系數(shù)λi （Wm-1℃-1） 空氣 11.36 1.009 2.1710-5 0.0317

6、 水在29℃的物性數(shù)據(jù)如下： 　物性 密度ρo （kg/m3） 定壓比熱容cpo [kJ/(kg℃)] 粘度μo （Pas） 導(dǎo)熱系數(shù)λo （Wm-1℃-1） 水 996.0 4.175 8.2110-4 0.0601 注：空氣的物性受壓力影響較大，而水的物性受壓力影響不大。空氣密度校正，由《化工原理實驗》P31，公式2-36得： ρi＝1.293＝1.293(1.2MPa/101.33kPa)273/(273+95)＝11.36 kgm-3 四、傳熱過程工藝計算 4.1 估算傳熱面積 4.1.1熱流量 空氣的質(zhì)量流量為 m i = 6

7、0 Vi’ Ai(0℃,1atm)=60831.293=6439.14 kg/h 根據(jù)《流體力學(xué)（上）》P177，公式（4-109），熱流量為 Q i = mi Cpi (T1－T2) =6439.141.009（148－42） =6.887105 kJ/h = 1.913105 W 4.1.2平均傳熱溫差 根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P15，公式1-11， = = Ai(0℃,1atm)=51.26℃ 4.1.3傳熱面積 由于管程氣體壓力較高，故可選較大的總傳熱系數(shù)。初步設(shè)定設(shè)Ki‘=200 Wm-2℃-1。根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P14，公式1-2，則估算的傳熱面積

8、為 m2 4.1.4冷卻水用量 根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P15，公式1-8 mo = kg/h 4.2主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸 4.2.1管徑和管內(nèi)流速 選用φ252.5mm的傳熱管(碳鋼管)；由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P7表1－3得管殼式換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù)，可設(shè)空氣流速ui＝8m/s，用u i 計算傳熱膜系數(shù)，然后進行校核。 4.2.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P62，公式3-9可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) (根) 按單程管計算，所需的傳熱管長度為 m 按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長 l

9、= 3 m ，則該換熱器管程數(shù)為 Np=L / l=4.72/3≈2（管程） 傳熱管總根數(shù) N = 632= 126 （根）。 單根傳熱管質(zhì)量＝785033.140.02250.0025=4.16kg 4.2.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P63，公式3-13a和3-13b， 平均傳熱溫差校正系數(shù) R＝＝＝13.25 P＝＝＝0.065 依《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P16，公式3-13， 溫度校正系數(shù)為 ＝≈0.931 依《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P16，公式3-14， 平均傳熱溫差校正為 △tm=△tm’ =51.2

10、60.931=47.72( ℃ ) 由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。 4.2.4 傳熱管的排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。其中，每程內(nèi)的正三角形排列，其優(yōu)點為管板強度高，流體走短路的機會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管子。查《熱交換器原理與設(shè)計》P46，表2-3 管間距，取管間距：t ＝32 mm 。 由《化工原理上冊》P278，公式4-123，得橫過管束中心線的管數(shù)為 =1.1≈13根 由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P67，公式3-16， 隔

11、板中心到離其最近一排管中心距離 S=t/2+6=32/2+6=22 mm 取各程相鄰管的管心距為44mm。 4.2.5 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.7，由《流體力學(xué)與傳熱》P206，公式4-115，得殼體內(nèi)徑為 Di =1.05t=1.0532=450.8 mm , 查閱《化工原理（上）》P275，附錄二十三：熱交換器，取Di =450mm。 4.2.6折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25450=112.5 mm ，故可取h=110 mm。 取折流板間距B=0.4Di，則B=0.44

12、50=180 mm。 取板間距H＝150mm，則： 折流板數(shù) NB=－1=－1=19 塊 折流板圓缺面水平裝配。 4.3換熱器主要傳熱參數(shù)核算 4.3.1熱量核算 (1)殼程對流傳熱系數(shù) 對于圓缺形折流板，可采用克恩公式。由《流體力學(xué)與傳熱》P164，公式4-60、4-61，得 ho = 其中： ①當(dāng)水做冷卻劑時，粘度校正為=1.05 ②當(dāng)量直徑，管子為正三角形排列時，依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P72，公式3-22得 de＝ ＝＝0.0202 m ③殼程流通截面積，由《流體力學(xué)與傳熱》P164，公式4-62，得 So = BD(1－)

13、=0.150.45（1－）＝0.0148 m2 ④殼程冷卻水的流速及其雷諾數(shù)分別為 uo＝ =＝0.389 m/s Reo＝＝＝9532.73 ⑤普朗特準(zhǔn)數(shù)（<傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計>P26，公式1-43） Pr＝ ==57.03 因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為 ho = =6408.1 W/(m2℃) (2)管程對流傳熱系數(shù) 由《流體力學(xué)與傳熱》P158，公式4-52a、4-52b，得 hi = 0.023Re0.8Pr0.3 其中： ①管程流通截面積 Si ===0.0198 m2 ②管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為 ui＝ =＝7.95 m/s Re＝＝

14、＝8.32369104 ③普蘭特準(zhǔn)數(shù) Pr＝ ==0.691 因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為 hi=0.02383236.90.80.6910.3=281.74 W/(m2℃) (3)基于管內(nèi)表面積的總傳熱系數(shù)Ki 查閱《化工原理（上）》P365，附錄22，得 l 冷卻水側(cè)的熱阻Rso＝0.000172m2℃W-1 l 熱空氣側(cè)的熱阻Rsi＝0.000344m2℃W-1 l 鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ＝45Wm-1℃-1 因此，依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P71，公式3-21 ＝＋Rsi＋＋＋ ＝＋0.000344＋＋ ＋0.000172 解得：＝237.80

15、 W/ (m2℃) 此計算值與前面的初設(shè)值Ki‘=200 W/ (m2℃)的關(guān)系： ==1.189 滿足換熱器設(shè)計所要求的/Ki‘=1.15~1.25的范圍，初選的換熱器合適。 (4) 傳熱面積 依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P75，公式3-35：Qi＝Si△tm得： Si＝Qi/(△tm)＝191300/（237.8051.26）＝15.69 m2 該換熱器的實際傳熱面積Sp Sp==3.140.023126=23.74 m2 依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P76，公式3-36 該換熱器的面積裕度為 ==22.74% 傳熱面積裕度超出要

16、求的15%～20%的范圍，故需減少管數(shù)，取管數(shù)n=100, 則實際傳熱面積 Sp==3.140.023100＝18.84m2 面積裕度為 ==17.84% 處于要求的15%～20%的范圍內(nèi)，該換熱器符合實際生產(chǎn)要求。 4.3.2 壁溫核算 因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P77，公式3-42計算。該換熱器用自來水作為冷卻水，設(shè)定冷卻水進口溫度為25℃，出口溫度為33℃來計算傳熱管壁溫。由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作早期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應(yīng)按

17、最不利的操作條件考慮。因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。于是按式3-42有 式中，液體的平均溫度tm和氣體的平均溫度Tm分別按《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P77，公式3-44、3-45計算 tm=0.433+0.625=28.2℃ Tm=0.5（148+42）=95℃ hc = ho = 6408.10 W/ (m2℃) hh = hi = 281.74W/ (m2℃) 傳熱管平均壁溫 =31.0℃ 殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=28.2 ℃ 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為

18、 △t=31.0－28.2 =2.8 ℃ 該溫差不大，故不需要設(shè)溫度補償裝置。 4.3.3換熱器內(nèi)流體的流動阻力(壓降) (1)管程流動阻力 依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P78，公式3-47～3-49可得 管內(nèi)流體： Re=83236.9 <105 由柏拉休斯公式：λi==≈0.0186 直管部分的壓降： △p1== = 735.32 Pa 熱空氣在冷卻器內(nèi)流動時，出現(xiàn)兩次突然擴大與兩次突然縮小，所以 ＝0.5+1+0.5+1＝3 彎管回路中的壓降： △p2＝=＝1076.97 Pa 總壓降：∑△pi＝（△p1+△p2）F

19、t Ns Np＝（735.32+1076.97）1.512 ＝5436.87Pa < 9800 Pa（符合設(shè)計要求） 其中， Ft為結(jié)垢校正系數(shù)，取1.5； Ns為串聯(lián)殼程數(shù)，取1；Np為管程數(shù)，取2。 (2)殼程阻力： 由《傳熱力學(xué)與傳熱》P209，公式4-121、4-122，得： 流體橫過管束的壓降： △’p1=Ffonc(NB+1) 其中：F=0.5 fo=5.0（9532.73）-0.228=0.619 nc=10 NB=12 uo=0.389 m/s △’p1=0.50.61910(12+1)(996.00.3892)/2 ＝3032.02

20、Pa △’p2＝NB（3.5－） ＝12（3.5－）(996.00.3892)/2＝3164.36Pa 總壓降：∑△po＝（△’p1＋△’p2）Fs Ns ＝（3032.02＋3164.36）1.151 ＝6671.03Pa < 9810 Pa（符合設(shè)計要求） 其中，F(xiàn)s為殼程壓強降的校正系數(shù)，對于液體取1.15； Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。 五、主要構(gòu)件的設(shè)計計算及選型 5.1殼體 5.1.1殼體直徑 根據(jù)前面的工藝計算，本次設(shè)計采用的換熱器殼體內(nèi)徑Di＝450 mm。 查閱《結(jié)構(gòu)與零部件（上）》P123，表1-1-86 的無縫鋼管制作筒體時容器的公稱

21、直徑，本次采用公稱直徑為DN＝450mm8mm的殼體，則Do＝466mm，Di＝450 mm。 5.1.2殼體壁厚 查閱《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P126，表9-3，采用Q235-A.F鋼板(GB3274)，其中鋼密度＝7850kgm3 由Po＝0.3 MPa， Di＝500mm，再查閱《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P124，表9-6,對殼體與管板采用單面焊，當(dāng)全部無損探傷時，焊接接頭系數(shù)＝0.9。 查閱《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P124，表9-4 碳素鋼、普通低合金鋼板許用應(yīng)力，得：[]t=113MPa ，σs＝235MPa ＝≈0.66 (mm) 查閱《化工設(shè)備機械

22、基礎(chǔ)》P127，表9-10鋼板厚度負(fù)偏差，取C1＝0.8mm， C2＝1mm。圓整后： δn=0.66+0.8+1＋△≈8(mm) 5.1.3水壓校核 由《過程設(shè)備設(shè)計》P193，公式（4-88），（4-89），得： ＝18.15 MPa 而0.9φσs=0.90.9235=190.35 MPa 因為<0.9φσs，所以水壓試驗時強度足夠。 5.1.4殼體質(zhì)量 殼體長度=2.914m 質(zhì)量=78502.9143.14（0.4662－0.4502）/4 =263.17kg 注：個別數(shù)據(jù)來源于后續(xù)步驟。詳見附圖。

23、 5.2管板 5.2.1管板參數(shù) 根據(jù)殼體內(nèi)徑尺寸，查閱《換熱器設(shè)計手冊》P161，表1-6-9 管板尺寸表，由于沒有適合本次設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)管板，根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計得管板相關(guān)參數(shù)。具體參數(shù)列于下表： 管板參數(shù)（管板按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計） 參數(shù)名稱 參數(shù)值 管板直徑Da/mm 450 管板外徑D/mm 565 管板厚度ba/mm 38 螺栓孔直徑d2/mm 18 螺栓規(guī)格 M1680 螺栓數(shù)量n2/個 12 螺栓孔高度bf/mm 28 管板螺栓孔間距D1/mm 530 管板法蘭直徑Df /mm 565 管板螺栓內(nèi)側(cè)

24、邊間距D4/mm 487 管孔直徑d1/mm 19 管孔數(shù)/個 100 換熱管外伸長度/mm 5 管板體積/m3 0.00591 管板質(zhì)量/kg 46.39 注：管板體積 = =0.00591 單塊管板質(zhì)量：m=0.005917850＝46.39kg 5.2.2管板與殼體的連接 管板兼作法蘭，固定板與殼體采用不可拆焊接式，管板與封頭采用法蘭連接。 5.2.3管子在管板上的固定方式 采用焊接法在管板上固定管子。根據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》P172，表1-6-20，管子伸出長度約為5mm。 5.3拉桿 本換熱器殼體內(nèi)徑為450mm，查

25、閱《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P135，表4-7和表4-8得： 拉桿螺紋公稱直徑：=16mm 拉桿長：L1=2.930m L2=2.780m 前螺紋長La=20mm 后螺紋長Lb=60mm 拉桿數(shù)：4根 左視圖 拉桿位置如左圖的圓圈位置所示。 拉桿質(zhì)量：m=7850（22.930+22.780）3.140.0162/4=18.02 kg 拉桿外套有定距管，規(guī)格與換熱管一樣，長度：L1‘=2.77 m，L2’=2.67m。 粗略計算定距管質(zhì)量 m’=7850（22.77+22.67）3.14(0.0252－0.022)/4=15.09 kg

26、5.4分程隔板 查閱《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P127，表4-1，因本此設(shè)計換熱器的公稱直徑Di=450mm<600 ，對于碳鋼，得隔板厚度為：b＝10mm 。 分程隔板長L=260+25+112+5+32－10=424mm，其中10mm為管箱嵌入法蘭深度，5mm為隔板嵌入管板深度。 分程隔板質(zhì)量以長方體板粗略估計：m=0.4500.4240.0107850=14.84kg 5.5折流板 5.5.1折流板選型 本次設(shè)計的冷卻器采用弓形折流板。如右圖所示。 前面第四章第四節(jié)已算出： 折流板數(shù) NB=19 塊 圓缺高度 h＝110 mm 板間距

27、 B＝150mm 查閱《換熱器設(shè)計手冊》P182，表1-6-26和表1-6-33，得： 折流板直徑 Da＝(450－3.5－0.5)mm=446mm 折流板厚度 C＝5 mm。 折流板的管孔，按GB151規(guī)定I級換熱器，管孔直徑=19+0.4=19.4mm 查《換熱器設(shè)計手冊》P184 公式計算： 圓缺部分面積：=0.20738=0.207380.4462＝0.0413 折流板體積 C =0.005 =0.000316 折流板質(zhì)量：m=190.0003167850=47.13 kg 5.6封頭及管箱 5.6.1 封頭 查閱《材料與

28、零部件》P332，表2-1-9，本換熱器采用橢圓型封頭(JB1154—73)兩個，材料采用高合金鋼，公稱直徑Dg＝450mm（以外徑為公稱直徑），曲面高度h1＝112mm，直邊高度h2＝25mm，厚度＝8mm,重量=16.6kg。 一個焊接于管箱，一個焊接于法蘭。 5.6.2 管箱 管箱長L=260mm，管箱外徑=450mm（按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計），壁厚=8mm 管箱質(zhì)量：m=3.140.4500.2600.0087850=23.07 kg。 5.6.3封頭法蘭及管箱法蘭 查閱《材料與零部件（上）》P386，表2-2-22，采用凹法蘭，在公稱壓力1.0～1.6MPa范圍內(nèi)，

29、選取的法蘭參數(shù)為D=565mm，公稱直徑=450mm，孔間距D1=510mm，D2=482mm?？字睆剑?5mm，厚度b=32mm ，法蘭重量=17.80kg 。所用螺栓規(guī)格M2290mm，螺栓數(shù)目：12。 一個法蘭焊接在管箱，再與前管板連接；另一個法蘭焊接在封頭，與后管板連接。 六、附屬件的計算及選型 6.1接管及其法蘭 根據(jù)《流體力學(xué)與傳熱》P207，接管直徑公式，同時也考慮到接管內(nèi)的流體流速為相應(yīng)管、殼程流速的1.2～1.4倍。 ①殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)水的流速為 ui= 0.51m/s，則接管內(nèi)徑為 ==0.12 m 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 125 mm 查

30、表《材料與零部件（上）》P655表 2-8-1，取管的外徑＝133mm，管厚＝4mm，伸出高度＝150mm。 接管質(zhì)量=3.140.1290.0040.157850=1.91kg 進水口采用凸法蘭，出水口采用凹法蘭，查閱《材料與零部件》P380，表2-2-19，取法蘭直徑＝235 mm，厚度b=10mm，螺栓孔間距D1＝200mm，D2=178mm，孔直徑＝18mm。法蘭重量：凹法蘭＝1.54kg，凸法蘭=2.42kg，螺栓規(guī)格：M16，螺栓數(shù)量為4。 由于ρiui2=996.00.512=259.06<2200 kg/(m﹒s2)，故不需防沖板。 ②管程流體進出口接管：取接管內(nèi)空

31、氣的流速為 uo= 10 m/s，則接管內(nèi)徑為 ==0.142 m 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 150 mm 查表《材料與零部件》P132無縫鋼管（YB231-70），取管的外徑＝159mm，管厚＝4.5mm ，查閱《材料與零部件（上》P655表 2-8-1，伸出高度＝150mm。 接管質(zhì)量=3.140.15450.00450.157850=2.57kg 進氣口采用凹法蘭，出氣口采用凸法蘭。查閱《材料與零件》P380，表2-2-19，法蘭的直徑＝260mm，厚度b=12mm，螺栓孔間距D1＝225mm，D2=202mm，孔直徑＝18mm。法蘭重量：凹法蘭＝2.18kg，凸法蘭=2.75kg，螺栓規(guī)

32、格：M16，數(shù)量為8。 6.2排氣、排液管 查表《材料與零部件》P123無縫鋼管（YB231-70），取排氣液管：外徑＝45mm，管厚＝3.5mm，伸出高度＝80mm。 質(zhì)量=78503.140.0450.00350.08=0.29kg。 查閱《材料與零部件》P384，表2-2-23，配套法蘭：選用凸法蘭，dH=45mm，厚度b=20mm，D=145mm，D1=110mm，D2=88mm，質(zhì)量m＝2.34kg。 6.3支座設(shè)計 6.3.1 支座的設(shè)計選型 查《材料與零部件（上）》P627-628，表2-7-1 鞍式支座尺寸，當(dāng)公稱直徑＝450mm時，b1=160mm ,

33、 L=420mm , B=120mm， b=90mm，m=200mm，質(zhì)量=13.6kg， A＝0.23=0.6m，支座間距＝3000－25－2600=1790mm。 6.3.2 支座承載能力校核 （1）換熱器的質(zhì)量統(tǒng)計于下表： 序號 各零部件 數(shù)量 單件重量/kg 重量/kg 1 殼體 （YB231-70） 263.17 263.17 2 管板 2 46.39 92.78 3 殼程接管 2 1.91 3.82 4 殼程接管法蘭 2 凹3.08/凸4.84 7.92 5 管程接管 2 2.57 5.1

34、4 6 管程接管法蘭 2 凹4.36/凸5.5 9.86 7 排氣液管 2 0.29 0.58 8 排氣液管法蘭 2 2.34 4.68 9 隔板 1 14.84 14.84 10 封頭 2 16.60 33.2 11 封頭法蘭 1 17.80 17.80 12 傳熱管 100 4.16 416 13 拉桿 2/2 9.24 / 8.78 18.02 14 定距管 L’1 2 7.68 15.09 L’2 2 7.41 15 折流板 19 2.48 47.13 16 管箱 1 2

35、3.07 23.07 17 管箱法蘭 1 17.80 17.80 18 支座 2 13.6 27.2 換熱器總重量/kg 1018.1 （2）傳熱管和拉桿所占的體積粗略為： V2＝3.14（0.025/2）22.914104=0.149m3 殼體體積為： V1＝3.14（0.450/2）22.914＝0.463m3 忽略隔板體積，水充滿整個換熱器時的總重為： = 1018.1+（0.463-0.149）996.0＝1330.84kg。 小于該鞍式支座的最大載荷1

36、4噸。 （3）殼體剛度校核 已知公式： 和 換熱器的受力可簡化為如圖： A A L 彎矩圖為： L=1.790m，=1018.1kg，g=9.81N/kg。校正為1020kg。 取A=0.34L=0.341.790≈0.6086(m)，此時 ==0.025gL=0.02510209.811.790=705.94Nm 抗彎截面模量：===0.0013 =705.94/0.0013=0.543MPa<[]t=133MPa 故此殼體適用。 七、設(shè)計計算結(jié)果匯總表

37、 換熱器的工藝計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要結(jié)果和主要尺寸匯總于下表： 工藝參數(shù) 管程 殼程 質(zhì)量流量/(kg/h) 6439.14 進/出口溫度/℃ 25/33 148/42 操作壓力/MPa 1.1 0.3 物性參數(shù) 定性溫度/℃ 95 29 密度/(kg/m3) 11.36 996.0 定壓比熱熔/[kJ/(kgK)] 1.009 4.175 粘度/(Pas) 2.1710-5 8.2110-4 熱導(dǎo)率/[W/(mK)] 0.0317 0.601 普朗特準(zhǔn)數(shù) 0.691 57.03 工藝主要計算結(jié)果 流速/(m/s) 7.9

38、5 0.389 污垢熱阻/[m2K/ W] 0.000344 0.000172 阻力（壓降）/MPa 5436.87 6671.03 對流傳熱系數(shù)/[W/(m2K)] 281.74 6408.1 總傳熱系數(shù)/[W/(m2K)] 237.80 平均傳熱溫差/℃ 51.26 熱流量/kW 191.3 傳熱面積裕度/% 17.84 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計 程數(shù) 2 1 推薦使用材料 碳鋼 碳鋼 換熱器型式 固定管板式 臺數(shù) 1 殼體內(nèi)徑/mm 450 傳熱面積/m2 15.69 管 徑/mm Ф252.5

39、折流板型式 上下 管 數(shù)/根 100 折流板數(shù)/個 19 管 長/mm 3000 折流板間距/mm 150 管子排列方式 △ 切口高度/mm 110 管間距/mm 32 封頭2個 Do=450mm 封頭法蘭 dH=450mm 隔板 b=10mm 拉桿4根 d=16mm 支座 (JB1167-81)A型 管箱（非標(biāo)準(zhǔn)） Do=450mm 管箱法蘭 dH=450mm 定距管 Ф252 管板 請參閱說明書P11 殼程接管 Ф1254 殼程接管法蘭 dH＝235mm 管程接管 Ф1504.5 管程接管法蘭 d

40、H=260mm 排氣液管 Ф453.5 排氣液管法蘭 dH=45mm 備注 設(shè)備總重取整為1018kg 八、設(shè)計總結(jié) 此次化工原理課程設(shè)計題目是“空氣壓縮機后冷卻器設(shè)計”，因為上學(xué)期彭老師對傳熱與換熱設(shè)備相關(guān)內(nèi)容講得很詳細(xì)，印象還比較深，加上這學(xué)期正好學(xué)習(xí)了《過程設(shè)備設(shè)計》。另外，從圖書館借閱的幾本書也非常具有參考性，所以總體來說這次課程設(shè)計沒有遇到太大的難題。但不可否認(rèn)的是設(shè)計過程很磨練人的耐心和毅力。 一、 數(shù)據(jù)計算 這是設(shè)計第一階段的主要任務(wù)。數(shù)據(jù)計算的準(zhǔn)確性直接影響到后面的各階段，這就需要我們具有極大的耐心。從拿到原始設(shè)計數(shù)據(jù)到確定最終參數(shù)，持續(xù)了將近一個星期

41、：確定需要求的參數(shù)，查資料找公式、標(biāo)準(zhǔn)值等，一步一步進行計算。我在確定傳熱面積的時候，因為取的管數(shù)太多導(dǎo)致后面得到的傳熱面積裕度超出規(guī)定范圍，所以又得回去再算一遍，可見在設(shè)計過程中，細(xì)心是非常重要的，因為它可以減少很多不必要的麻煩。 二、 查資料 以前有個錯誤的認(rèn)識：查資料嘛，按部就班就可以了，簡單！但是這次課程設(shè)計卻完全改變了我的認(rèn)識。其實查資料是很講究技巧的，也是相對比較靈活的。另外，我這次用到的參考資料有將近10種之多，這在之前是難以想象的。 三、 AutoCAD繪圖 這是第一次嘗試用專業(yè)繪圖軟件AutoCAD進行繪圖。這個軟件我們很熟悉也很陌生，熟悉是因為大一學(xué)工程制圖

42、時有接觸到這個軟件，陌生是因為正真會用或用得好的同學(xué)是鳳毛麟角。但是，沒有壓力哪來動力，在下定決心之后，馬上借來幾AutoCAD學(xué)習(xí)的資料，重溫各種操作工具及技巧等。在準(zhǔn)備了兩天天之后才開始正式畫圖，不斷修改，差漏補缺，知道最后完成整個設(shè)計圖。 四、 完成設(shè)計說明書 這是最后總結(jié)性的階段。需要對前面的數(shù)據(jù)進行整理歸納，需要一定的耐心。 耐心、細(xì)心、決心——是本次課程設(shè)計最大的感受。 最后，再次感謝彭老師在整個設(shè)計過程中給予的悉心指導(dǎo)！ 九、參考資料 【1】鐘理, 伍欽，馬四朋. 《化工原理（上）》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2008.8. 【2】《材料與零部件（上）》. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社. 1982.7. 【3】錢頌文. 《換熱器設(shè)計手冊》，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.8 【4】匡國柱. 《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 【5】陳錦昌. 《計算機工程制圖》. 廣州，華南理工大學(xué)出版社，2006.8. 【6】鄭津洋，董其伍，桑芝富. 《過程設(shè)備設(shè)計》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2009.1. 【7】趙軍. 《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社. 2000. 第 18 頁 共 18 頁