空氣壓縮機后冷卻器設(shè)計化工原理課程設(shè)計(已修改)
2025-01-29 01:01 本頁面
【正文】 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） 空氣處理 12 m3/min ,操作壓強 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 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)或能化學清洗。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)。 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），如果熱空氣走管內(nèi)可以避免殼體受壓，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 ms1；～ ms1。本設(shè)計中，假設(shè)熱空氣的流速為8 ms1，然后進行計算校核。 安裝方式冷卻器是小型冷卻器，采用臥式較適宜。空氣空氣水水三、設(shè)計條件及主要物性參數(shù)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（標準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)）83148 42冷卻水（管外）－2533 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?？扇×黧w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 ℃ 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)（）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)?？諝庠?5℃，： 物性密度ρi（kg/m3）定壓比熱容cpi [kJ/(kg℃)]粘度μi（Pas）導熱系數(shù)λi（Wm1℃1）空氣 105 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）導熱系數(shù)λo（Wm1℃1）水 104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?？諝饷芏刃Ｕ?，由《化工原理實驗》P31，公式236得：ρi＝＝()273/(273+95)＝ kgm3四、傳熱過程工藝計算 估算傳熱面積空氣的質(zhì)量流量為 m i = 60 Vi’ Ai(0℃,1atm)=6083= kg/h根據(jù)《流體力學（上）》P177，公式（4109），熱流量為 Q i = mi Cpi (T1－T2) =（148－42）=105 kJ/h = 105 W 根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P15，公式111，= = Ai(0℃,1atm)=℃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 Wm2℃1。根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P14，公式12，則估算的傳熱面積為 m2根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P15，公式18mo = kg/h選用φ25(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。依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P62，公式39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= 3 m ，則該換熱器管程數(shù)為Np=L / l=≈2（管程）傳熱管總根數(shù) N = 632= 126 （根）。單根
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