空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì) 化工原理課程設(shè)計(jì)

1、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)書一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1.原始數(shù)據(jù)（1）空氣處理12m3min操作壓強(qiáng)1.4MPa（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)方案二、確定設(shè)計(jì)方案2.12.1選擇換熱器的類型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

2、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。本次設(shè)計(jì)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(jiān)固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強(qiáng)，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)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(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。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)。2.22.2流動(dòng)方

3、向及流速的確定流動(dòng)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(dòng)換熱。根據(jù)的原則有：（1）因?yàn)闊峥諝獾牟僮鲏毫_(dá)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。（3）

4、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。查閱《化工原理（上）》P201表4－9可得到，熱空氣的流速范圍為5～30ms1；冷卻水的流速范圍為0.2～1.5ms1。本設(shè)計(jì)中，假設(shè)熱空氣的流速為8ms1，然后進(jìn)行計(jì)算校核。2.32.3安裝方式安裝方式空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書第3頁共18頁空氣在95℃，1.2MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：物性密度ρi（kgm3）定壓

5、比熱容cpi[kJ(kg℃)]粘度μi（Pas）導(dǎo)熱系數(shù)λi（Wm1℃1）空氣11.361.0092.171050.0317水在29℃的物性數(shù)據(jù)如下：物性密度ρo（kgm3）定壓比熱容cpo[kJ(kg℃)]粘度μo（Pas）導(dǎo)熱系數(shù)λo（Wm1℃1）水996.04.1758.211040.0601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?？諝饷芏刃Ｕ?，由《化工原理實(shí)驗(yàn)》P31，公式236得：ρi＝1.293＝1.293(

6、1.2MPa101.33kPa)273(27395)＝11.36kgm3T273273?PP四、四、傳熱過程工藝計(jì)算傳熱過程工藝計(jì)算4.14.1估算傳熱面積估算傳熱面積4.1.14.1.1熱流量熱流量空氣的質(zhì)量流量為mi=60Vi’Ai(0℃1atm)=60831.293=6439.14kgh根據(jù)《流體力學(xué)（上）》P177，公式（4109），熱流量為Qi=miCpi(T1－T2)=6439.141.009（148－42）=6.88710

7、5kJh=1.913105W4.1.24.1.2平均傳熱溫差平均傳熱溫差根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)》P15，公式111，==Ai(0℃1atm)=51.26℃mt?12211221ln)()(tTtTtTtT?????4.1.34.1.3傳熱面積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‘=200Wm2℃1。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m266.1826.5120019130