空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì)-wenkub
2023-06-16 07:37:10 本頁面
【正文】 三、設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù) 設(shè)計(jì)條件 由設(shè)計(jì)任務(wù)書可得設(shè)計(jì)條件如下 表 ： 類型 體積流量 （ 標(biāo)準(zhǔn) m3/min） 進(jìn)口溫度 （ ℃） 出口溫度 （℃） 操作壓力 （ Mpa） 設(shè)計(jì)壓力 （ Mpa） 空 氣（管內(nèi)） 83 148 42 冷卻水（管外） － 25 33 注： 要求設(shè)計(jì)的冷卻器在規(guī)定壓力下操作安全，必須使設(shè)計(jì)壓力比最大操作壓力略大，本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)壓力比最大操作壓力大 。 s1。 根據(jù)的原則有 ： （ 1） 因?yàn)?熱空氣的操作壓力達(dá)到 ，而冷卻水的操作壓力取 ，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(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的的溫度差較大，對(duì)流傳熱系數(shù)較大者宜走管間，因壁面溫度與對(duì)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。 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(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 說明書 第 1 頁 共 18 頁 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)書 （ 1） 空氣處理 12 m3/min ,操作壓強(qiáng) MPa（絕對(duì)壓） 空氣進(jìn)口溫度 147 ℃，終溫 40 ℃ （ 2）冷卻劑 ：常溫下的水 (進(jìn)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(jì)方案 選擇換熱器的類型 本設(shè)計(jì)中空氣壓縮機(jī)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 ?。虎蹥こ滩灰捉Y(jié)構(gòu)或能化學(xué)清洗。 本設(shè)計(jì)中的 固定管板式 換熱器采用的材料為鋼管 (20R鋼 )。 （ 3） 熱空氣走管內(nèi)，可以提高熱空氣流速增大其對(duì)流傳熱系數(shù)，因?yàn)楣軆?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。本設(shè)計(jì)中，假設(shè)熱空氣的流速為 8 m 確定主要物性數(shù)據(jù) 可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。 s） （ Wm 1 m3 四、 傳熱過程工藝計(jì)算 估算傳熱面積 空氣的質(zhì)量流量為 m i = 60 Vi’ Ai(0℃ ,1atm)=60 83= kg/h 根據(jù)《 流體力學(xué)（上） 》 P177，公式 （ 4109） ， 熱流量為 Q i = mi Cpi (T1－ T2) = 09 （ 148－ 42） =10 5 kJ/h = 105 W 根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)》 P15，公式 111， mt? = 12211221ln)()(tTtTtTtT????? = 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) 。根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)》 P14，公式 12， 則估算的傳熱面積為 m39。 單根傳熱管質(zhì)量 0m l d? ? ?? 鋼 ＝ 7850 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(jì)》 P63，公式 313a和 313b， 平均傳熱溫差校正系數(shù) R＝1221 tt TT?? ＝ ＝ P＝1112 tT tt ?? ＝ 33 2514825?? ＝ 依 《 傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì) 》 P16，公式 313， 溫度校正系數(shù) 為 ??t? 112??RR )11(2)11(2ln11ln22??????????RRPRRPPRP ＝ 1?? 221 0 .0 6 5ln1 0 .0 6 5 1 3 .2 52 0 .0 6 5 (1 1 3 .2 5 1 3 .2 5 1 )ln2 0 .0 6 5 (1 1 3 .2 5 1 3 .2 5 1 )???? ? ? ?? ? ? ?≈ 依《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)》 P16，公式 314， 平均傳熱溫差 校正為 △ tm= t?? △t m’ = =( ℃ ) 空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 說明書 第 5 頁 共 18 頁 由于 平均傳熱溫差校正系數(shù)大于 ，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單 殼 程合適。 由《化工原理上冊(cè) 》 P278，公式 4123，得 橫過管束中心線的管數(shù) 為 ? = 126 ≈ 13根 由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》 P67，公式 316， 隔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。 取板間距 H＝ 150mm，則： 折流板數(shù) NB=折流板間距 傳熱管長－ 1=3000150 － 1=19 塊 折流板圓缺面 水平裝配 。℃ ) (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 ? 冷卻水側(cè)的熱阻 Rso＝ W1 ? 鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ＝ 45W℃ )的關(guān)系： 39。該換熱器用自來水作為冷卻水，設(shè)定冷卻水進(jìn)口溫度為 25℃，出口溫度為33℃來計(jì)算傳熱管壁溫。因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。 (壓降 ) (1)管程 流動(dòng)阻力 依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》 P78，公式 347～ 349可得 管內(nèi)流體： Re= 105 由柏拉休斯公式：λ i==≈ 空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 說明書 第 9 頁 共 18 頁 直管部分的壓降： △ p1=iiii udl ?? 22 = 22 7 .9 50 .0 1 8 6 1 2 .5 10 .0 2 2? ? ? = Pa 熱空氣在冷卻器內(nèi)流動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)兩次突然擴(kuò)大與兩 次突然縮 小，所以 ? ＝ +1++1＝ 3 彎管回路中的壓降： △ p2＝i22?? iu = ??＝ Pa 總壓降： ∑ △ pi＝（△ p1+△ p2） Ft Ns Np＝（ +） 1 2 ＝ 9800 Pa（符合設(shè)計(jì)要求） 其中， Ft為結(jié)垢校正系數(shù)，取 ； Ns為串聯(lián)殼程數(shù)，取 1； Np為管程數(shù)，取 2。 殼體壁厚 查閱《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 P126，表 93，采用 鋼板 (GB3274)，其中鋼密度＝ 7850kg 殼體質(zhì)量 殼體長度 = 質(zhì)量 =7850 （ － ） /4 = 注：個(gè)別數(shù)據(jù)來源于后續(xù)步驟。 管子在管板上的固定方式 采用焊接法在管板上固定管子。 左視圖 空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 說明書 第
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