1、化工原理課程設計-空氣壓縮機后冷卻器化工原理課程設計-空氣壓縮機后冷卻器化工原理課程設計題目：空氣壓縮機后冷卻器學生姓名：吳琦楠指導老師：張亞君學院：輕工與食品學院班級：食品科學與工程1班學生學號：201230411233 時 間：2015年7月 目錄 一、設計任務書1 1.1設計數據1 1.2設 計項目1 1.3設計分量1二、確定設計方案2 2.1選擇換熱器的類型2 2.2流動方向及流速的確定 2 2.3安裝方式2三、 設計條件及主要物性參數3 3.1設計條件3 3.2確定主要物性數據3 3.2.1定性溫度3 3.2.2流體有關物性數據3四、傳熱過程工藝計算5 4.1估算傳熱面積5 4.1.

2、1熱流量5 4.1.2平均 傳熱溫差5 4.1.3傳熱面積5 4.1.4冷卻水用量5 4.2主體構件 的工藝結構尺寸5 4.2.1管徑和管內流速5 4.2.2管程數和傳 熱管數5 4.2.3平均傳熱溫差校正及殼程數6 4.2.4傳熱管的排列和分程方法6 4.2.5殼體內徑6 4.2.6折流板6 4.3換熱器 主要傳熱參數核算 7 4.3.1熱量核算7 4.3.2壁溫核算9 4.3.3 換熱器內流體的流動阻力（壓降）9五、機械結構設計 11 5.1 殼體11 5.1.1殼體直徑與壁厚11 5.1.2氣壓校核11 5.2浮頭管板及浮頭法蘭11 5.3管箱法蘭和管箱側殼體法蘭11 5.4管箱結構設計

3、12 5.5固定端管板結構12 5.5外頭蓋法蘭、外頭蓋 側殼體法蘭12 5.6拉桿12 5.7分程隔板12 5.8接管12 5.9折 流板13 5.9.1折流板選型13 5.9.2折流板計算13六、連接及 排列方式14 6.1管子與管板的連接14 6.2管板與殼體、管箱 的連接14 6.3管程分布與管子排列14 6.4分程隔板的連接14 七、附屬件的計算及選型15 7.1接管法蘭15 7.2墊片15 7.3防沖板15 7.4支座設計15 7.3.1支座的設計選型 15 7.3.2支 座承載能力校核 16八、設計計算結果匯總表17九、設計總結18十、參考資料19附：空氣壓縮機冷卻器工藝流程圖2

4、0 一、設計任務書1.1設計數據 為奧工廠設計一臺空氣壓縮機后冷卻器的基礎數據如 下：(1)空氣流量：Vh= 13 m3/min (標準狀態)操作壓強： Ph=1.5 MPa進口溫度(初溫)： T1=150 C由口溫度(終溫)：T2= 40 C (2)冷卻劑：常溫下的水初溫：t1=30C；終溫：t2 =36C；溫差： t=6C； ( At=5-8C) (3)冷卻器的壓降50 C,設計壓力為1.6MPa時，管板厚度取為 46mm鉤圈采用B型，設計厚度為46+16=62mm 浮頭蓋封頭球面內半徑按GB 151-1999標準中表46,當DN=600mm 時，取Ri=500mm 浮頭蓋封頭厚 度取8m

5、m墊片寬度：取bn=12mm 浮頭法蘭內直徑：Dfi=Di-2(b1+bn)=600-2(3+12)=570mm 浮頭法蘭外直徑：Dfo=Di+80=680mm 浮頭法蘭螺栓孔中心分布圓直徑取 650mm浮頭法蘭厚度：b=100mm浮頭法蘭螺栓規格：M20,數量為24。5.3 管箱法蘭和管箱側殼體法蘭 根據公稱直徑D=600mm ,查« JB-T4703-2000長頸對焊法蘭選取。確定法蘭外徑為740mm ,螺栓孔圓心所在分度圓直徑為700mm,孔深為44mm,法蘭厚度為 105mm。法蘭螺栓規格：M20,數量為28。5.4 管箱結構設計 選用B型封頭管箱，取管箱總長度為 475mm

6、,管箱壁厚取8mm。封頭直邊高度為 25mm,總高度為175mm。5.5 固定端管板結構依據所選用的管箱法蘭、管箱側法蘭的結構尺寸，確定固定端管板最大外徑為655mm,管板厚度取為46mm o5.5外頭蓋法蘭、外頭蓋側殼體法蘭浮頭法蘭外直徑為700mm,按公稱直徑 700mm查閱JB-T4703-2000長頸對焊法蘭選取，確定外頭蓋法蘭外徑為860mm,蓋側法蘭內徑為700mm,殼側法蘭內徑為 600mm,螺栓孔圓心所在分度 圓直徑為815mm,孔深46mm,厚度為115mm,法蘭螺栓規 格：M24,數量為24。外頭蓋封頭總高度 200mm ,直邊高度 25mm 5.6拉桿 本 換熱器殼體內徑

7、為 600mm,換熱管直徑為25mm,查化工 單元過程及設備課程設計表4-7和表4-8得 拉桿螺紋公稱直徑：=16mm前螺紋長：La=20mm后螺紋長：Lb=60mm拉桿數：4根拉桿長度：L1=4185mm L2=3935mm 拉桿位置見后面 6.3的排管圖。5.7 分程隔板 查化工單元過程及設備課程設計表4-1 ,因本此設計換熱器的公稱直徑Di=600mm ,對于碳鋼，取隔板厚度為b=10mm。5.8 接管 管程流體進由口接管：接管內流速應為管程水流速的1.21.4倍，取接管內水的流速為u1=1.3ui= 1.3僅5961=0.775m/s,則接管內徑為 同時管 徑應限制在d= (1/31/

8、4) Di=150200mm ,故取標準管徑為200mm,管的外徑為 219mm,伸生高度 250mm。 殼程流體進由口接管：接管內流速應為殼程氣體流速的1.21.4倍，取接管內氣體的流速為 u2=1.3uo= 1.3 6.603=8.58m/s,則接管內徑為 同時 管徑應限制在 d= (1/31/4) Di=150200mm ,故取標準管徑 為200mm ,管的外徑為 219mm，伸生高度 250mm。3排氣、排液接管：取標準管徑為50mm ,管的外徑為60mm,伸生高度100mm。5.9 折流板5.9.1折流板選型 本次設計的冷卻器采用弓 形折流板。如右圖所示。5.9.2折流板計算 前面4

9、.2.6已算由：折流板數 NB=16塊 圓缺高度 h= 150 mm板間距 B = 250 mm查化工單元過程及設備課程設計表4-2、表4-3、表4-4得 折流板直徑 Da=(600 4.5 0.5)mm=595mm 折流 板厚度 C = 4 mm管孔直徑 d=25+0.8=25.8mm 六、連接及 排列方式6.1管子與管板的連接換熱器工作壓力管子伸由長度約為5mm,管子與管孔間保留1mm的距離，防止管 子受熱膨脹，使管板受壓變形。6.2 管板與殼體、管箱的連接對于浮頭式換熱器，為了抽由管束進行清洗、維修，把固定端管板夾持在殼體法蘭和管箱法蘭之間6.3 管程分布與管子排列換熱器設計為雙管程，單

10、殼程。采用正三角形排列法，每程內均按正三角形排列，其優 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，因而對流傳熱系數較高，相同的殼程內可排列更多的管 子。排管及拉桿布置見下圖。筒體內徑600mm,外徑616mm；折流板直徑595mm,圓 缺高度150mm；換熱管數156,管徑25mm；拉桿數4,桿 徑16mm 6.4分程隔板的連接 分程隔板采用常規連接形式， 連接方式為焊接。七、附屬件的計算及選型7.1接管法蘭 接管法蘭選用板式平焊法蘭，進氣口采用凹面法蘭，由氣口采用凸面法蘭。查化工單元過程及設備課程設計附錄四表2有：選用凹凸面板式平焊法蘭，公稱直徑為200mm,法蘭外徑為340

11、mm ,螺栓孔中心分布圓直徑295mm ,法蘭厚度C=26mm,螺紋 M20 ,螺栓孔數量 12。7.2 墊片換熱器工作壓力為1.6MPa,浮頭法蘭、管箱法 蘭、管箱側法蘭、外頭蓋法蘭和外頭蓋側法蘭，均采用20mm 非金屬軟墊片。7.3 防沖板計算殼程流體pu2t:p u2=15.146 X 6.6032=660.4kg/(m7.&茨座設計 7.3.1 支座的設計選型 查傳熱與傳質過程設備設計P324,總附表12,由公稱直徑=600mm選擇帶加強墊板的 B型鞍式支 座，有：L=4300mm, 支座間 距 LB = (0.50.7)L=(0.50.7) 4300=(21503010)mm

12、 ,取 LB=3000mm。直接高度 H取300mm。7.3.2支座承載能力校核(1)換熱器的質量統計于下表：序號各零部件數量單件重量/kg重量/kg 1殼體 (YB231-70 ) 295.512 295.512 2 管板 2 75.12 150.24 3 克程接管 2 1.91 3.82 4克程接管法蘭2凹1.54/凸2.42 7.92 5管程接管 2 2.57 5.14 6 管程接管法蘭 2凹4.36/凸5.5 9.86 7排氣液管2 0.32 0.64 8排氣液管法蘭2 2.8 5.6 9隔板114.84 14.84 10 封頭 2 19.96 39.92 11 封頭法蘭 1 51.1

13、7 51.17 12 傳熱管 156 4.16 648.96 13 拉桿 2+2 9.27 / 8.84 18.11 14 定距管 L' 1 2 7.68 15.09 L'2 2 7.41 15 折流板 16 2.99 47.84 16 管箱 1 25.35 25.35 17 管箱法蘭 1 51.17 51.17 18支座2 38 76換熱器總質量 1259.412 kg (2)傳熱管和 拉桿所占的體積粗略為：V2 = 3.14 X( 0.025/2) 2 M.5 卷156+4)=0.353m3 殼體體積為： V1 =3.14 X(0.600/2) 2X3= 1.215 m3

14、忽略隔板體積，水 充滿整個換熱器時的總重為：=1259.412+ (1.215-0.353) X994.73=2116.87 kg。小于該鞍式支座的最大載荷14噸。八、設計計算結果匯總表換熱器的工藝計算及結構設計的主要結果和主要尺寸匯總于下表：工藝參數 殼程 管程 質量流量/(kg/h) 11813.81 52306.31 進/由口溫度/C 150/40 30/36操作壓力/MPa 1.5 0.3物性參 數 定性溫度/C 95 33密度/(kg/m3) 15.146 994.73定壓比 熱熔/kJ/(kg K) 1.009 4.178 粘度/(Pas) 2.17 M05 7.52 M0-4 熱

15、導率/W/(m K) 0.0317 0.6220 普朗特準數 0.691 5.05 工 藝主要計算結果流速/(m/s) 6.603 0.6阻力(壓降)/MPa28285 6481.1 對流傳熱系數 /W/(m2 K) 267.0 3119 總傳熱 系數/W/(m2 K) 188.3平均傳熱溫差/C 42.73熱流量/kW 364.23傳熱面積裕度/% 10.86設備結構設計 程數1 2推 薦使用材料碳鋼碳鋼換熱器型式浮頭式臺數1克體 內徑/mm 600傳熱面積/m2 55.13管 徑/mm25X 2.5折流 板型式 上下 管 數/根156折流板數/個16管 長/mm 4500折流板間距/mm

16、250管子排列方式 正三角形 切口高 度/mm 150管間距/mm 32封頭X2個Do=600mm 浮頭法蘭 D=680mm 隔板b=10mm管箱法蘭 D=740mm外頭蓋法蘭 D=860mm管箱側殼體法蘭D=740mm外頭蓋側殼體法蘭D=860mm 拉桿 X4 根 d=16mm 支座(JB1167-81)B 型 浮頭 管板外徑 594mm固定端管板外徑 655mm殼程接管 200 X流程接管法蘭dH=340mm 管程接管200 x 6f 程接管法蘭 dH=340mm 備注 設備總重取整為 1260kg 9、 設計總結 經過上一次的機械設計基礎的課程設計后，這一 次的化工原理課程設計進行起來就

17、顯得順利一些了。從一開始先翻看課本化工單元過程及設備課程設計，再對幾份相關的標準快速翻閱，然后根據書里的例題和模板 進行工藝計算。吸取了上一次數次修改設計書的經驗，這次一開始并沒有 直接在設計書上進行編輯修改，而是先利用草稿紙列由各項 計算參數，編寫Excel文件進行計算，方便調整參數的選擇， 以符合工藝要求。把設計書的修改、排版放在了畫完圖紙之后。在完成工藝計算后，機械設計部分的尺寸選擇反倒遇到 了較大的阻礙。許多零件的標準尺寸需要翻閱各份標準，參考其他人的經 驗值，使得這一部分的完成需要和同學一起進行討論。其實機械設計部分由于本次課程設計對于強度校核沒有 嚴格要求，任務已經相對輕松，但是部

18、分結構的尺寸數據是 需要邊畫圖才能邊確定的，所以在進行機械設計部分的計算 時，應當先繪制裝配草圖，以弄清楚對各部分結構之間的裝 配關系，方便尺寸選擇。在選擇各結構尺寸時，應當優先考慮標準值，再根據實際 設計需要進行取舍在圖紙的繪制過程中，才逐漸對整個設備的結構和尺寸有 了形象的了解，而如果事先有見到過列管式換熱器的實物， 會有利于裝配圖紙的繪制。在此過程中，值得一提的還有換熱管的排管部分。根據數據大致確定管數分布后，一開始按比例用手繪，發 現排管不合理后難以調整，手繪尺寸誤差容易導致排管由現 失誤，繪制圓心連線形成的三角形矩陣后，對整體的排管情 況還是難有形象的認識。但是如果用SolidWorks軟件進行繪制的話，不僅精確度提 高了，方便拉桿位置的調整，而且得到的較為完整的剖面圖， 也有利于判斷排管是否勻稱。證明了：科學技術是第一生產力。雖然說磨刀不誤砍柴工，但是在必要的準備步驟完成后 就應當大膽開始繪制圖紙了，而不能過分糾結于設計書中的 每一項參數選擇中。如果在設計計算過程中，遇到暫時無法確定的尺寸數據， 應當標記后先跳過，回頭再補充。要認識到少數尺寸規格在實際圖紙繪制中再