化工原理課程設(shè)計(jì)-空氣壓縮機(jī)后冷卻器

1、化工原理課程設(shè)計(jì)-空氣壓縮機(jī)后冷卻器化工原理課程設(shè)計(jì)-空氣壓縮機(jī)后冷卻器化工原理課程設(shè)計(jì)題目：空氣壓縮機(jī)后冷卻器學(xué)生姓名：吳琦楠指導(dǎo)老師：張亞君學(xué)院：輕工與食品學(xué)院班級(jí)：食品科學(xué)與工程1班學(xué)生學(xué)號(hào)：201230411233 時(shí) 間：2015年7月 目錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1 1.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1 1.2設(shè) 計(jì)項(xiàng)目1 1.3設(shè)計(jì)分量1二、確定設(shè)計(jì)方案2 2.1選擇換熱器的類型2 2.2流動(dòng)方向及流速的確定 2 2.3安裝方式2三、 設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)3 3.1設(shè)計(jì)條件3 3.2確定主要物性數(shù)據(jù)3 3.2.1定性溫度3 3.2.2流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)3四、傳熱過(guò)程工藝計(jì)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(gòu)件 的工藝結(jié)構(gòu)尺寸5 4.2.1管徑和管內(nèi)流速5 4.2.2管程數(shù)和傳 熱管數(shù)5 4.2.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)6 4.2.4傳熱管的排列和分程方法6 4.2.5殼體內(nèi)徑6 4.2.6折流板6 4.3換熱器 主要傳熱參數(shù)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(nèi)流體的流動(dòng)阻力（壓降）9五、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(cè)殼體法蘭11 5.4管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3、12 5.5固定端管板結(jié)構(gòu)12 5.5外頭蓋法蘭、外頭蓋 側(cè)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(jì)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(jì)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(shè)計(jì)15 7.3.1支座的設(shè)計(jì)選型 15 7.3.2支 座承載能力校核 16八、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表17九、設(shè)計(jì)總結(jié)18十、參考資料19附：空氣壓縮機(jī)冷卻器工藝流程圖2

4、0 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 為奧工廠設(shè)計(jì)一臺(tái)空氣壓縮機(jī)后冷卻器的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如 下：(1)空氣流量：Vh= 13 m3/min (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))操作壓強(qiáng)： Ph=1.5 MPa進(jìn)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(shè)計(jì)壓力為1.6MPa時(shí)，管板厚度取為 46mm鉤圈采用B型，設(shè)計(jì)厚度為46+16=62mm 浮頭蓋封頭球面內(nèi)半徑按GB 151-1999標(biāo)準(zhǔn)中表46,當(dāng)DN=600mm 時(shí)，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(nèi)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(guī)格：M20,數(shù)量為24。5.3 管箱法蘭和管箱側(cè)殼體法蘭 根據(jù)公稱直徑D=600mm ,查« JB-T4703-2000長(zhǎng)頸對(duì)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(guī)格：M20,數(shù)量為28。5.4 管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 選用B型封頭管箱，取管箱總長(zhǎng)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(jié)構(gòu)依據(jù)所選用的管箱法蘭、管箱側(cè)法蘭的結(jié)構(gòu)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(cè)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(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭選取，確定外頭蓋法蘭外徑為860mm,蓋側(cè)法蘭內(nèi)徑為700mm,殼側(cè)法蘭內(nèi)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(guī) 格：M24,數(shù)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(nèi)徑

7、為 600mm,換熱管直徑為25mm,查化工 單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)表4-7和表4-8得 拉桿螺紋公稱直徑：=16mm前螺紋長(zhǎng)：La=20mm后螺紋長(zhǎng)：Lb=60mm拉桿數(shù)：4根拉桿長(zhǎng)度：L1=4185mm L2=3935mm 拉桿位置見(jiàn)后面 6.3的排管圖。5.7 分程隔板 查化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)表4-1 ,因本此設(shè)計(jì)換熱器的公稱直徑Di=600mm ,對(duì)于碳鋼，取隔板厚度為b=10mm。5.8 接管 管程流體進(jìn)由口接管：接管內(nèi)流速應(yīng)為管程水流速的1.21.4倍，取接管內(nèi)水的流速為u1=1.3ui= 1.3僅5961=0.775m/s,則接管內(nèi)徑為 同時(shí)管 徑應(yīng)限制在d= (1/31/

8、4) Di=150200mm ,故取標(biāo)準(zhǔn)管徑為200mm,管的外徑為 219mm,伸生高度 250mm。 殼程流體進(jìn)由口接管：接管內(nèi)流速應(yīng)為殼程氣體流速的1.21.4倍，取接管內(nèi)氣體的流速為 u2=1.3uo= 1.3 6.603=8.58m/s,則接管內(nèi)徑為 同時(shí) 管徑應(yīng)限制在 d= (1/31/4) Di=150200mm ,故取標(biāo)準(zhǔn)管徑 為200mm ,管的外徑為 219mm，伸生高度 250mm。3排氣、排液接管：取標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)的冷卻器采用弓 形折流板。如右圖所示。5.9.2折流板計(jì)算 前面4

9、.2.6已算由：折流板數(shù) NB=16塊 圓缺高度 h= 150 mm板間距 B = 250 mm查化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(duì)于浮頭式換熱器，為了抽由管束進(jìn)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(shè)計(jì)為雙管程，單

10、殼程。采用正三角形排列法，每程內(nèi)均按正三角形排列，其優(yōu) 點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體走短路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較 大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管 子。排管及拉桿布置見(jiàn)下圖。筒體內(nèi)徑600mm,外徑616mm；折流板直徑595mm,圓 缺高度150mm；換熱管數(shù)156,管徑25mm；拉桿數(shù)4,桿 徑16mm 6.4分程隔板的連接 分程隔板采用常規(guī)連接形式， 連接方式為焊接。七、附屬件的計(jì)算及選型7.1接管法蘭 接管法蘭選用板式平焊法蘭，進(jìn)氣口采用凹面法蘭，由氣口采用凸面法蘭。查化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)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(shù)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(cè)法蘭、外頭蓋法蘭和外頭蓋側(cè)法蘭，均采用20mm 非金屬軟墊片。7.3 防沖板計(jì)算殼程流體pu2t:p u2=15.146 X 6.6032=660.4kg/(m7.&茨座設(shè)計(jì) 7.3.1 支座的設(shè)計(jì)選型 查傳熱與傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P324,總附表12,由公稱直徑=600mm選擇帶加強(qiáng)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(zhì)量統(tǒng)計(jì)于下表：序號(hào)各零部件數(shù)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(zhì)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(gè)換熱器時(shí)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(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表?yè)Q熱器的工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要結(jié)果和主要尺寸匯總于下表：工藝參數(shù) 殼程 管程 質(zhì)量流量/(kg/h) 11813.81 52306.31 進(jìn)/由口溫度/C 150/40 30/36操作壓力/MPa 1.5 0.3物性參 數(shù) 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(dǎo)率/W/(m K) 0.0317 0.6220 普朗特準(zhǔn)數(shù) 0.691 5.05 工 藝主要計(jì)算結(jié)果流速/(m/s) 6.603 0.6阻力(壓降)/MPa28285 6481.1 對(duì)流傳熱系數(shù) /W/(m2 K) 267.0 3119 總傳熱 系數(shù)/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(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 程數(shù)1 2推 薦使用材料碳鋼碳鋼換熱器型式浮頭式臺(tái)數(shù)1克體 內(nèi)徑/mm 600傳熱面積/m2 55.13管 徑/mm25X 2.5折流 板型式 上下 管 數(shù)/根156折流板數(shù)/個(gè)16管 長(zhǎng)/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(gè)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(cè)殼體法蘭D=740mm外頭蓋側(cè)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(shè)備總重取整為 1260kg 9、 設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò)上一次的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的課程設(shè)計(jì)后，這一 次的化工原理課程設(shè)計(jì)進(jìn)行起來(lái)就

17、顯得順利一些了。從一開始先翻看課本化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)，再對(duì)幾份相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)快速翻閱，然后根據(jù)書里的例題和模板 進(jìn)行工藝計(jì)算。吸取了上一次數(shù)次修改設(shè)計(jì)書的經(jīng)驗(yàn)，這次一開始并沒(méi)有 直接在設(shè)計(jì)書上進(jìn)行編輯修改，而是先利用草稿紙列由各項(xiàng) 計(jì)算參數(shù)，編寫Excel文件進(jìn)行計(jì)算，方便調(diào)整參數(shù)的選擇， 以符合工藝要求。把設(shè)計(jì)書的修改、排版放在了畫完圖紙之后。在完成工藝計(jì)算后，機(jī)械設(shè)計(jì)部分的尺寸選擇反倒遇到 了較大的阻礙。許多零件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸需要翻閱各份標(biāo)準(zhǔn)，參考其他人的經(jīng) 驗(yàn)值，使得這一部分的完成需要和同學(xué)一起進(jìn)行討論。其實(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)部分由于本次課程設(shè)計(jì)對(duì)于強(qiáng)度校核沒(méi)有 嚴(yán)格要求，任務(wù)已經(jīng)相對(duì)輕松，但是部

18、分結(jié)構(gòu)的尺寸數(shù)據(jù)是 需要邊畫圖才能邊確定的，所以在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)部分的計(jì)算 時(shí)，應(yīng)當(dāng)先繪制裝配草圖，以弄清楚對(duì)各部分結(jié)構(gòu)之間的裝 配關(guān)系，方便尺寸選擇。在選擇各結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮標(biāo)準(zhǔn)值，再根據(jù)實(shí)際 設(shè)計(jì)需要進(jìn)行取舍在圖紙的繪制過(guò)程中，才逐漸對(duì)整個(gè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和尺寸有 了形象的了解，而如果事先有見(jiàn)到過(guò)列管式換熱器的實(shí)物， 會(huì)有利于裝配圖紙的繪制。在此過(guò)程中，值得一提的還有換熱管的排管部分。根據(jù)數(shù)據(jù)大致確定管數(shù)分布后，一開始按比例用手繪，發(fā) 現(xiàn)排管不合理后難以調(diào)整，手繪尺寸誤差容易導(dǎo)致排管由現(xiàn) 失誤，繪制圓心連線形成的三角形矩陣后，對(duì)整體的排管情 況還是難有形象的認(rèn)識(shí)。但是如果用SolidWorks軟件進(jìn)行繪制的話，不僅精確度提 高了，方便拉桿位置的調(diào)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(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。雖然說(shuō)磨刀不誤砍柴工，但是在必要的準(zhǔn)備步驟完成后 就應(yīng)當(dāng)大膽開始繪制圖紙了，而不能過(guò)分糾結(jié)于設(shè)計(jì)書中的 每一項(xiàng)參數(shù)選擇中。如果在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，遇到暫時(shí)無(wú)法確定的尺寸數(shù)據(jù)， 應(yīng)當(dāng)標(biāo)記后先跳過(guò)，回頭再補(bǔ)充。要認(rèn)識(shí)到少數(shù)尺寸規(guī)格在實(shí)際圖紙繪制中再