化工原理課程設(shè)計---空氣壓縮機后冷卻器設(shè)計

1、<p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　1.原始數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　空氣處理 12 m3/min ,操作壓強 1.4 MPa（絕對壓）</p><p>　　空氣進口溫度 14

2、7 ℃，終溫 40 ℃</p><p>　?。?）冷卻劑 ：常溫下的水(進出口溫度自己選擇) </p><p>　　初溫： 25 ℃ ，終溫： 33 ℃，溫升5—8 ℃</p><p>　　（3）冷卻器壓降 < 1m水柱 </p><p><b>　　二、確定設(shè)計方案</b>&l

3、t;/p><p>　　2.1 選擇換熱器的類型</p><p>　　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小；③殼程不易結(jié)構(gòu)或能化學(xué)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

4、適用于高溫、高壓的大型裝置中。</p><p>　　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。</p><p>　　本設(shè)計中的固定管板式換熱器采用的材料為鋼管(20R鋼)。</p><p>　　2.2 流動方向及流速的確定</p><p>　　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

5、卻水逆向流動換熱。根據(jù)的原則有：</p><p>　?。?）因為熱空氣的操作壓力達到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；</p><p>　?。?）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。&l

6、t;/p><p>　?。?）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。</p><p>　　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 m·s-1；冷卻水的流速范圍為0.2～1.5 m·s-1。本設(shè)計中，假設(shè)熱空氣的流速為8 m·s-1，然后進行計算校核。<

7、;/p><p><b>　　2.3 安裝方式</b></p><p>　　冷卻器是小型冷卻器，采用臥式較適宜。</p><p>　　三、設(shè)計條件及主要物性參數(shù)</p><p><b>　　3.1設(shè)計條件</b></p><p>　　由設(shè)計任務(wù)書可得設(shè)計條件如下表：</p&g

8、t;<p>　　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，本設(shè)計的設(shè)計壓力比最大操作壓力大0.1MPa。</p><p>　　3.2確定主要物性數(shù)據(jù)</p><p>　　3.2.1定性溫度的確定</p><p>　　可取流體進出口溫度的平均值。管程氣體的定性溫度為</p><p><b&g

9、t;　　℃</b></p><p><b>　　殼程水的定性溫度為</b></p><p><b>　　℃ </b></p><p>　　3.2.2流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　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)（101.33k

10、Pa）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)。</p><p>　　空氣在95℃，1.2MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　水在29℃的物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　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2-36得：</p>

11、;<p>　　ρi＝1.293＝1.293×(1.2MPa/101.33kPa)×273/(273+95)＝11.36 kg·m-3</p><p>　　四、傳熱過程工藝計算</p><p>　　4.1 估算傳熱面積</p><p><b>　　4.1.1熱流量</b></p><

12、p>　　空氣的質(zhì)量流量為 m i = 60 Vi’ Ai(0℃,1atm)=60×83×1.293=6439.14 kg/h</p><p>　　根據(jù)《流體力學(xué)（上）》P177，公式（4-109），熱流量為</p><p>　　Q i = mi Cpi (T1－T2) =6439.14×1.009×（148－42）</p><

13、;p>　　=6.887×105 kJ/h = 1.913×105 W </p><p>　　4.1.2平均傳熱溫差</p><p>　　根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P15，公式1-11，</p><p>　　= = Ai(0℃,1atm)=51.26℃</p><p><b>　　4.1.3傳熱面積<

14、/b></p><p>　　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 W·m-2·℃-1。根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P14，公式1-2，則估算的傳熱面積為</p><p><b>　　m2</b></p><p>　　4.1.4冷卻水用量</p><p>　　根據(jù)

15、《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P15，公式1-8</p><p><b>　　mo = kg/h</b></p><p>　　4.2主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　4.2.1管徑和管內(nèi)流速</p><p>　　選用φ25×2.5mm的傳熱管(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

16、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</p><p>　　計算傳熱膜系數(shù)，然后進行校核。</p><p>　　4.2.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P62，公式3-9可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p><b>　　(根)</b></

17、p><p>　　按單程管計算，所需的傳熱管長度為</p><p><b>　　m</b></p><p>　　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</p><p>　　Np=L / l=4.72/3≈2（管程）</p><p>　　傳熱管總根數(shù)

18、 N = 63×2= 126 （根）。</p><p>　　單根傳熱管質(zhì)量＝7850×3×3.14×0.0225×0.0025=4.16kg</p><p>　　4.2.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P63，公式3-13a和3-13b，</p>&

19、lt;p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)</p><p><b>　　R＝＝＝13.25</b></p><p>　　P＝＝＝0.065 </p><p>　　依《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P16，公式3-13，</p><p><b>　　溫度校正系數(shù)為</b></p><p&

20、gt;<b>　　×</b></p><p><b>　?。?#215;≈0.931</b></p><p>　　依《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P16，公式3-14，</p><p><b>　　平均傳熱溫差校正為</b></p><p>　　△tm=×△tm’

21、 =51.26×0.931=47.72( ℃ )</p><p>　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　4.2.4 傳熱管的排列和分程方法</p><p>　　采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。其中，每程內(nèi)的正三角形排列，其優(yōu)點為管板強度高，流體走短路的機會少，且

22、管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管子。查《熱交換器原理與設(shè)計》P46，表2-3 管間距，取管間距：t ＝32 mm 。</p><p>　　由《化工原理上冊》P278，公式4-123，得橫過管束中心線的管數(shù)為</p><p><b>　　=1.1×≈13根</b></p><p>　　由《化工單元過程及

23、設(shè)備課程設(shè)計》P67，公式3-16，</p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離</p><p>　　S=t/2+6=32/2+6=22 mm</p><p>　　取各程相鄰管的管心距為44mm。</p><p>　　4.2.5 殼體內(nèi)徑</p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.7，由《流體力

24、學(xué)與傳熱》P206，公式4-115，得殼體內(nèi)徑為</p><p>　　Di =1.05t=1.05×32×=450.8 mm , </p><p>　　查閱《化工原理（上）》P275，附錄二十三：熱交換器，取Di =450mm。</p><p><b>　　4.2.6折流板</b></p><p>　

25、　采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25×450=112.5 mm ，故可取h=110 mm。</p><p>　　取折流板間距B=0.4Di，則B=0.4×450=180 mm。</p><p>　　取板間距H＝150mm，則：</p><p>　　折流板數(shù) NB=－1=－1=19 塊</p

26、><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p>　　4.3換熱器主要傳熱參數(shù)核算</p><p><b>　　4.3.1熱量核算</b></p><p>　　(1)殼程對流傳熱系數(shù) </p><p>　　對于圓缺形折流板，可采用克恩公式。由《流體力學(xué)與傳熱》P164，公式4-60、4-61

27、，得</p><p><b>　　ho = </b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　①當(dāng)水做冷卻劑時，粘度校正為=1.05</p><p>　?、诋?dāng)量直徑，管子為正三角形排列時，依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P72，公式3-22得</p><

28、p><b>　　de＝</b></p><p>　　＝＝0.0202 m</p><p>　?、蹥こ塘魍ń孛娣e，由《流體力學(xué)與傳熱》P164，公式4-62，得</p><p>　　So = BD(1－)=0.15×0.45×（1－）＝0.0148 m2</p><p>　　④殼程冷卻水的流速及其

29、雷諾數(shù)分別為</p><p>　　uo＝ =＝0.389 m/s</p><p>　　Reo＝＝＝9532.73</p><p>　　⑤普朗特準(zhǔn)數(shù)（<傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計>P26，公式1-43）</p><p>　　Pr＝ ==57.03</p><p>　　因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為</p>

30、;<p><b>　　ho = </b></p><p>　　=6408.1 W/(m2·℃)</p><p>　　(2)管程對流傳熱系數(shù)</p><p>　　由《流體力學(xué)與傳熱》P158，公式4-52a、4-52b，得</p><p>　　hi = 0.023Re0.8Pr0.3</p&

31、gt;<p><b>　　其中：</b></p><p><b>　?、俟艹塘魍ń孛娣e</b></p><p>　　Si ===0.0198 m2</p><p>　?、诠艹炭諝獾牧魉偌捌淅字Z數(shù)分別為</p><p>　　ui＝ =＝7.95 m/s</p><p&

32、gt;　　Re＝＝＝8.32369104</p><p><b>　?、燮仗m特準(zhǔn)數(shù)</b></p><p>　　Pr＝ ==0.691</p><p>　　因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為</p><p>　　hi=0.023×83236.90.8×0.6910.3×=281.74 W/(m

33、2·℃)</p><p>　　(3)基于管內(nèi)表面積的總傳熱系數(shù)Ki</p><p>　　查閱《化工原理（上）》P365，附錄22，得</p><p>　　冷卻水側(cè)的熱阻Rso＝0.000172m2·℃·W-1</p><p>　　熱空氣側(cè)的熱阻Rsi＝0.000344m2·℃·W-1</

34、p><p>　　鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ＝45W·m-1·℃-1</p><p>　　因此，依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P71，公式3-21 </p><p>　?。剑玆si＋＋＋ </p><p>　　＝＋0.000344＋＋</p><p>　?。?.000172×</p>&

35、lt;p>　　解得：＝237.80 W/ (m2·℃)</p><p>　　此計算值與前面的初設(shè)值Ki‘=200 W/ (m2·℃)的關(guān)系：</p><p><b>　　==1.189</b></p><p>　　滿足換熱器設(shè)計所要求的/Ki‘=1.15~1.25的范圍，初選的換熱器合適。</p><

36、;p><b>　　(4) 傳熱面積</b></p><p>　　依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P75，公式3-35：Qi＝Si△tm得：</p><p>　　Si＝Qi/(△tm)＝191300/（237.80×51.26）＝15.69 m2</p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積Sp</p><p&g

37、t;　　Sp==3.14×0.02×3×126=23.74 m2</p><p>　　依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P76，公式3-36</p><p>　　該換熱器的面積裕度為</p><p><b>　　==22.74%</b></p><p>　　傳熱面積裕度超出要求的15%～20%

38、的范圍，故需減少管數(shù)，取管數(shù)n=100,</p><p><b>　　則實際傳熱面積</b></p><p>　　Sp==3.14×0.02×3×100＝18.84m2</p><p><b>　　面積裕度為</b></p><p><b>　　==17.84

39、%</b></p><p>　　處于要求的15%～20%的范圍內(nèi)，該換熱器符合實際生產(chǎn)要求。</p><p>　　4.3.2 壁溫核算</p><p>　　因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P77，公式3-42計算。該換熱器用自來水作為冷卻水，設(shè)定冷卻水進口溫度為25℃，出口溫度為33℃來計算傳熱管壁溫。由于傳熱管內(nèi)

40、側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作早期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應(yīng)按最不利的操作條件考慮。因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。于是按式3-42有</p><p>　　式中，液體的平均溫度tm和氣體的平均溫度Tm分別按《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P77，公式3-44、3-45計算</p><p>　　tm=0.4

41、5;33+0.6×25=28.2℃</p><p>　　Tm=0.5×（148+42）=95℃</p><p>　　hc = ho = 6408.10 W/ (m2·℃)</p><p>　　hh = hi = 281.74W/ (m2·℃)</p><p><b>　　傳熱管平均壁溫<

42、;/b></p><p><b>　　=31.0℃</b></p><p>　　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=28.2 ℃</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為</p><p>　　△t=31.0－28.2 =2.8 ℃</p><p>　　該溫差不大，故不需要設(shè)溫

43、度補償裝置。</p><p>　　4.3.3換熱器內(nèi)流體的流動阻力(壓降)</p><p><b>　　(1)管程流動阻力</b></p><p>　　依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P78，公式3-47～3-49可得</p><p>　　管內(nèi)流體： Re=83236.9 <105</p>

44、<p>　　由柏拉休斯公式：λi==≈0.0186</p><p><b>　　直管部分的壓降：</b></p><p>　　△p1== = 735.32 Pa</p><p>　　熱空氣在冷卻器內(nèi)流動時，出現(xiàn)兩次突然擴大與兩次突然縮小，所以</p><p>　?。?.5+1+0.5+1＝3</p>

45、<p><b>　　彎管回路中的壓降：</b></p><p>　　△p2＝=＝1076.97 Pa</p><p>　　總壓降：∑△pi＝（△p1+△p2）Ft Ns Np＝（735.32+1076.97）×1.5×1×2</p><p>　?。?436.87Pa < 9800 Pa（符合設(shè)計

46、要求）</p><p>　　其中， Ft為結(jié)垢校正系數(shù)，取1.5；</p><p>　　Ns為串聯(lián)殼程數(shù)，取1；Np為管程數(shù)，取2。</p><p><b>　　(2)殼程阻力：</b></p><p>　　由《傳熱力學(xué)與傳熱》P209，公式4-121、4-122，得：</p><p>　　流體橫

47、過管束的壓降：</p><p>　　△’p1=Ffonc(NB+1)</p><p><b>　　其中：F=0.5</b></p><p>　　fo=5.0×（9532.73）-0.228=0.619</p><p><b>　　nc=10</b></p><p>

48、<b>　　NB=12</b></p><p>　　uo=0.389 m/s</p><p>　　△’p1=0.5×0.619×10×(12+1)×(996.0×0.3892)/2 ＝3032.02 Pa</p><p>　　△’p2＝NB（3.5－）</p><p>　

49、?。?2×（3.5－）×(996.0×0.3892)/2＝3164.36Pa</p><p>　　總壓降：∑△po＝（△’p1＋△’p2）Fs Ns</p><p>　?。剑?032.02＋3164.36）×1.15×1</p><p>　?。?671.03Pa < 9810 Pa（符合設(shè)計要求）</p&

50、gt;<p>　　其中，F(xiàn)s為殼程壓強降的校正系數(shù)，對于液體取1.15；</p><p>　　Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。</p><p>　　五、主要構(gòu)件的設(shè)計計算及選型</p><p><b>　　5.1殼體</b></p><p><b>　　5.1.1殼體直徑</b></p

51、><p>　　根據(jù)前面的工藝計算，本次設(shè)計采用的換熱器殼體內(nèi)徑Di＝450 mm。</p><p>　　查閱《結(jié)構(gòu)與零部件（上）》P123，表1-1-86 的無縫鋼管制作筒體時容器的公稱直徑，本次采用公稱直徑為DN＝450mm×8mm的殼體，則Do＝466mm，Di＝450 mm。</p><p>　　5.1.2殼體壁厚 </p

52、><p>　　查閱《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P126，表9-3，采用Q235-A.F鋼板(GB3274)，其中鋼密度＝7850kg·m3</p><p>　　由Po＝0.3 MPa， Di＝500mm，再查閱《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P124，表9-6,對殼體與管板采用單面焊，當(dāng)全部無損探傷時，焊接接頭系數(shù)＝0.9。</p><p>　　查閱《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P124，

53、表9-4 碳素鋼、普通低合金鋼板許用應(yīng)力，得：[]t=113MPa ，σs＝235MPa</p><p>　?。健?.66 (mm)</p><p>　　查閱《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P127，表9-10鋼板厚度負偏差，取C1＝0.8mm， C2＝1mm。圓整后： δn=0.66+0.8+1＋△≈8(mm) </p><p><b>　　5.1.3水壓校核&

54、lt;/b></p><p>　　由《過程設(shè)備設(shè)計》P193，公式（4-88），（4-89），得：</p><p>　?。?8.15 MPa</p><p>　　而0.9φσs=0.9×0.9×235=190.35 MPa</p><p>　　因為<0.9φσs，所以水壓試驗時強度足夠。</p>

55、<p><b>　　5.1.4殼體質(zhì)量</b></p><p>　　殼體長度=2.914m</p><p>　　質(zhì)量=7850×2.914×3.14×（0.4662－0.4502）/4</p><p><b>　　=263.17kg</b></p><p>　

56、　注：個別數(shù)據(jù)來源于后續(xù)步驟。詳見附圖。</p><p><b>　　5.2管板</b></p><p><b>　　5.2.1管板參數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)殼體內(nèi)徑尺寸，查閱《換熱器設(shè)計手冊》P161，表1-6-9 管板尺寸表，由于沒有適合本次設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)管板，根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計得管板相關(guān)參數(shù)。具體參數(shù)列于下表：&

57、lt;/p><p>　　管板參數(shù)（管板按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計）</p><p><b>　　注：管板體積</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.00591</b></p><p>　　單塊管板質(zhì)量：m=0.00591

58、5;7850＝46.39kg</p><p>　　5.2.2管板與殼體的連接</p><p>　　管板兼作法蘭，固定板與殼體采用不可拆焊接式，管板與封頭采用法蘭連接。</p><p>　　5.2.3管子在管板上的固定方式</p><p>　　采用焊接法在管板上固定管子。根據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》P172，表1-6-20，管子伸出長度約為5mm。&

59、lt;/p><p><b>　　5.3拉桿</b></p><p>　　本換熱器殼體內(nèi)徑為450mm，查閱《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P135，表4-7和表4-8得：</p><p>　　拉桿螺紋公稱直徑：=16mm</p><p>　　拉桿長：L1=2.930m</p><p><b>

60、　　L2=2.780m</b></p><p>　　前螺紋長La=20mm</p><p>　　后螺紋長Lb=60mm</p><p><b>　　拉桿數(shù)：4根</b></p><p>　　拉桿位置如左圖的圓圈位置所示。</p><p>　　拉桿質(zhì)量：m=7850×（2

61、15;2.930+2×2.780）×3.14×0.0162/4=18.02 kg</p><p>　　拉桿外套有定距管，規(guī)格與換熱管一樣，長度：L1‘=2.77 m，L2’=2.67m。</p><p><b>　　粗略計算定距管質(zhì)量</b></p><p>　　m’=7850×（2×2.77+

62、2×2.67）×3.14×(0.0252－0.022)/4=15.09 kg</p><p><b>　　5.4分程隔板</b></p><p>　　查閱《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P127，表4-1，因本此設(shè)計換熱器的公稱直徑Di=450mm<600 ，對于碳鋼，得隔板厚度為：b＝10mm 。</p><p&

63、gt;　　分程隔板長L=260+25+112+5+32－10=424mm，其中10mm為管箱嵌入法蘭深度，5mm為隔板嵌入管板深度。</p><p>　　分程隔板質(zhì)量以長方體板粗略估計：m=0.450×0.424×0.010×7850=14.84kg</p><p><b>　　5.5折流板</b></p><p>

64、;　　5.5.1折流板選型</p><p>　　本次設(shè)計的冷卻器采用弓形折流板。如右圖所示。</p><p>　　前面第四章第四節(jié)已算出：</p><p>　　折流板數(shù) NB=19 塊</p><p>　　圓缺高度 h＝110 mm</p><p>　　板間距 B＝150mm</p>

65、<p>　　查閱《換熱器設(shè)計手冊》P182，表1-6-26和表1-6-33，得：</p><p>　　折流板直徑 Da＝(450－3.5－0.5)mm=446mm</p><p>　　折流板厚度 C＝5 mm。</p><p>　　折流板的管孔，按GB151規(guī)定I級換熱器，管孔直徑=19+0.4=19.4mm</p><p

66、>　　查《換熱器設(shè)計手冊》P184 公式計算：</p><p>　　圓缺部分面積：=0.20738×=0.20738×0.4462＝0.0413</p><p><b>　　折流板體積 C</b></p><p><b>　　=×0.005</b></p><p&g

67、t;<b>　　=0.000316</b></p><p>　　折流板質(zhì)量：m=19×0.000316×7850=47.13 kg</p><p><b>　　5.6封頭及管箱</b></p><p><b>　　5.6.1 封頭</b></p><p>　

68、　查閱《材料與零部件》P332，表2-1-9，本換熱器采用橢圓型封頭(JB1154—73)兩個，材料采用高合金鋼，公稱直徑Dg＝450mm（以外徑為公稱直徑），曲面高度h1＝112mm，直邊高度h2＝25mm，厚度＝8mm,重量=16.6kg。</p><p>　　一個焊接于管箱，一個焊接于法蘭。</p><p><b>　　5.6.2 管箱</b></p>

69、;<p>　　管箱長L=260mm，管箱外徑=450mm（按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計），壁厚=8mm</p><p>　　管箱質(zhì)量：m=3.14×0.450×0.260×0.008×7850=23.07 kg。</p><p>　　5.6.3封頭法蘭及管箱法蘭</p><p>　　查閱《材料與零部件（上）》P386，表2-2-

70、22，采用凹法蘭，在公稱壓力1.0～1.6MPa范圍內(nèi)，選取的法蘭參數(shù)為D=565mm，公稱直徑=450mm，孔間距D1=510mm，D2=482mm?？字睆剑?5mm，厚度b=32mm ，法蘭重量=17.80kg 。所用螺栓規(guī)格M22×90mm，螺栓數(shù)目：12。</p><p>　　一個法蘭焊接在管箱，再與前管板連接；另一個法蘭焊接在封頭，與后管板連接。</p><p>　　六

71、、附屬件的計算及選型</p><p><b>　　6.1接管及其法蘭</b></p><p>　　根據(jù)《流體力學(xué)與傳熱》P207，接管直徑公式，同時也考慮到接管內(nèi)的流體流速為相應(yīng)管、殼程流速的1.2～1.4倍。</p><p>　?、贇こ塘黧w進出口接管：取接管內(nèi)水的流速為 ui= 0.51m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p&

72、gt;<b>　　==0.12 m</b></p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 125 mm</p><p>　　查表《材料與零部件（上）》P655表 2-8-1，取管的外徑＝133mm，管厚＝4mm，伸出高度＝150mm。</p><p>　　接管質(zhì)量=3.14×0.129×0.004×0.15×7850

73、=1.91kg</p><p>　　進水口采用凸法蘭，出水口采用凹法蘭，查閱《材料與零部件》P380，表2-2-19，取法蘭直徑＝235 mm，厚度b=10mm，螺栓孔間距D1＝200mm，D2=178mm，孔直徑＝18mm。法蘭重量：凹法蘭＝1.54kg，凸法蘭=2.42kg，螺栓規(guī)格：M16，螺栓數(shù)量為4。</p><p>　　由于ρiui2=996.0×0.512=259.

74、06<2200 kg/(m﹒s2)，故不需防沖板。</p><p>　?、诠艹塘黧w進出口接管：取接管內(nèi)空氣的流速為 uo= 10 m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p><b>　　==0.142 m</b></p><p>　　取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 150 mm</p><p>　　查表《材料與零部件》P132無縫鋼管（Y

75、B231-70），取管的外徑＝159mm，管厚＝4.5mm ，查閱《材料與零部件（上》P655表 2-8-1，伸出高度＝150mm。</p><p>　　接管質(zhì)量=3.14×0.1545×0.0045×0.15×7850=2.57kg</p><p>　　進氣口采用凹法蘭，出氣口采用凸法蘭。查閱《材料與零件》P380，表2-2-19，法蘭的直徑＝26

76、0mm，厚度b=12mm，螺栓孔間距D1＝225mm，D2=202mm，孔直徑＝18mm。法蘭重量：凹法蘭＝2.18kg，凸法蘭=2.75kg，螺栓規(guī)格：M16，數(shù)量為8。</p><p><b>　　6.2排氣、排液管</b></p><p>　　查表《材料與零部件》P123無縫鋼管（YB231-70），取排氣液管：外徑＝45mm，管厚＝3.5mm，伸出高度＝80m

77、m。</p><p>　　質(zhì)量=7850×3.14×0.045×0.0035×0.08=0.29kg。</p><p>　　查閱《材料與零部件》P384，表2-2-23，配套法蘭：選用凸法蘭，dH=45mm，厚度b=20mm，D=145mm，D1=110mm，D2=88mm，質(zhì)量m＝2.34kg。</p><p><b&

78、gt;　　6.3支座設(shè)計</b></p><p>　　6.3.1 支座的設(shè)計選型</p><p>　　查《材料與零部件（上）》P627-628，表2-7-1 鞍式支座尺寸，當(dāng)公稱直徑＝450mm時，b1=160mm , L=420mm , B=120mm， b=90mm，m=200mm，質(zhì)量=13.6kg，</p><p>　　A＝0.2×

79、3=0.6m，支座間距＝3000－2×5－2×600=1790mm。</p><p>　　6.3.2 支座承載能力校核</p><p>　?。?）換熱器的質(zhì)量統(tǒng)計于下表：</p><p>　?。?）傳熱管和拉桿所占的體積粗略為：</p><p>　　V2＝3.14×（0.025/2）2×2.914

80、15;104=0.149m3</p><p><b>　　殼體體積為：</b></p><p>　　V1＝3.14×（0.450/2）2×2.914＝0.463m3</p><p>　　忽略隔板體積，水充滿整個換熱器時的總重為：</p><p>　　= 1018.1+（0.463-0.149）

81、5;996.0＝1330.84kg。</p><p>　　小于該鞍式支座的最大載荷14噸。</p><p><b>　?。?）殼體剛度校核</b></p><p><b>　　已知公式：</b></p><p><b>　　和 </b></p><p>

82、　　換熱器的受力可簡化為如圖：</p><p><b>　　彎矩圖為：</b></p><p>　　L=1.790m，=1018.1kg，g=9.81N/kg。校正為1020kg。</p><p>　　取A=0.34L=0.34×1.790≈0.6086(m)，此時</p><p>　　==0.025gL=0.

83、025×1020×9.81×1.790=705.94Nm</p><p>　　抗彎截面模量：===0.0013</p><p>　　=705.94/0.0013=0.543MPa<[]t=133MPa</p><p><b>　　故此殼體適用。</b></p><p>　　七、設(shè)計計算

84、結(jié)果匯總表</p><p>　　換熱器的工藝計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要結(jié)果和主要尺寸匯總于下表：</p><p><b>　　八、設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　此次化工原理課程設(shè)計題目是“空氣壓縮機后冷卻器設(shè)計”，因為上學(xué)期xx老師對傳熱與換熱設(shè)備相關(guān)內(nèi)容講得很詳細，印象還比較深，加上這學(xué)期正好學(xué)習(xí)了《過程設(shè)備設(shè)計》。另外，從圖書館借閱的幾本

85、書也非常具有參考性，所以總體來說這次課程設(shè)計沒有遇到太大的難題。但不可否認(rèn)的是設(shè)計過程很磨練人的耐心和毅力。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)計算</b></p><p>　　這是設(shè)計第一階段的主要任務(wù)。數(shù)據(jù)計算的準(zhǔn)確性直接影響到后面的各階段，這就需要我們具有極大的耐心。從拿到原始設(shè)計數(shù)據(jù)到確定最終參數(shù)，持續(xù)了將近一個星期：確定需要求的參數(shù)，查資料找公式、標(biāo)準(zhǔn)值等，一

86、步一步進行計算。我在確定傳熱面積的時候，因為取的管數(shù)太多導(dǎo)致后面得到的傳熱面積裕度超出規(guī)定范圍，所以又得回去再算一遍，可見在設(shè)計過程中，細心是非常重要的，因為它可以減少很多不必要的麻煩。</p><p><b>　　查資料</b></p><p>　　以前有個錯誤的認(rèn)識：查資料嘛，按部就班就可以了，簡單！但是這次課程設(shè)計卻完全改變了我的認(rèn)識。其實查資料是很講究技巧的，

87、也是相對比較靈活的。另外，我這次用到的參考資料有將近10種之多，這在之前是難以想象的。</p><p><b>　　AutoCAD繪圖</b></p><p>　　這是第一次嘗試用專業(yè)繪圖軟件AutoCAD進行繪圖。這個軟件我們很熟悉也很陌生，熟悉是因為大一學(xué)工程制圖時有接觸到這個軟件，陌生是因為正真會用或用得好的同學(xué)是鳳毛麟角。但是，沒有壓力哪來動力，在下定決心之后

88、，馬上借來幾AutoCAD學(xué)習(xí)的資料，重溫各種操作工具及技巧等。在準(zhǔn)備了兩天天之后才開始正式畫圖，不斷修改，差漏補缺，知道最后完成整個設(shè)計圖。</p><p><b>　　完成設(shè)計說明書</b></p><p>　　這是最后總結(jié)性的階段。需要對前面的數(shù)據(jù)進行整理歸納，需要一定的耐心。</p><p>　　耐心、細心、決心——是本次課程設(shè)計最大的

89、感受。</p><p>　　最后，再次感謝xx老師在整個設(shè)計過程中給予的悉心指導(dǎo)！</p><p><b>　　九、參考資料</b></p><p>　　【1】鐘理, 伍欽，馬四朋. 《化工原理（上）》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2008.8.</p><p>　　【2】《材料與零部件（上）》. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社. 19

90、82.7.</p><p>　　【3】錢頌文. 《換熱器設(shè)計手冊》，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.8</p><p>　　【4】匡國柱. 《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　【5】陳錦昌. 《計算機工程制圖》. 廣州，華南理工大學(xué)出版社，2006.8.</p><p>　　【6】鄭津洋，董其