2007年化工原理課程設(shè)計(jì)-姚漢星

1、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： 姚漢星 指導(dǎo)老師： 賴萬東 學(xué) 院：資源科學(xué)與造紙工程學(xué)院班 級(jí)： 輕化工程2004級(jí) 學(xué)生學(xué)號(hào)： 2 時(shí) 間： 2007年7月 目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 1二、確定設(shè)計(jì)方案 2三、設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù) 3四、傳熱過程工藝計(jì)算 4五、主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 10六、附屬件的計(jì)算及選型 14七、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表 17八、設(shè)計(jì)總結(jié) 18九、參考資料 19一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 粘貼二、確定設(shè)計(jì)方案2.1 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：溫差不大；溫差較大但是殼程壓力較?。粴こ滩灰捉Y(jié)

2、構(gòu)或能化學(xué)清洗。本次設(shè)計(jì)條件滿足第種情況。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(jiǎn)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)。2.2 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1.2Mpa，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

3、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）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。查閱流體力學(xué)與傳熱204頁表49 可得到，熱空氣的流速范圍為530 ms-1；冷卻水的流速范圍為0.21.5 ms-1。本設(shè)計(jì)中，假設(shè)熱空氣的流速為7 ms-1，然后進(jìn)行計(jì)算校核。2.3 安裝方式冷卻器是小型冷卻器，采用臥式較適宜?？諝饪諝馑?、設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)3.1設(shè)計(jì)條件由設(shè)計(jì)任務(wù)書

4、可得設(shè)計(jì)條件如下表：流體體積流量進(jìn)口溫度出口溫度操作壓力設(shè)計(jì)壓力空 氣（管內(nèi)）Vi28 m3/min (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))T1140 T238 Pi1.2 MPaPdi=1.3MPa冷卻水（管外）t125 t231 Po0.3MPaPdo=0.4Mpa 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0.1MPa。3.2確定主要物性數(shù)據(jù)3.2.1定性溫度的確定可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。管程氣體的定性溫度為 殼程水的定性溫度為 3.2.2流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)根據(jù)由上面兩個(gè)定性溫度數(shù)據(jù)，查閱流體力學(xué)與傳熱P247的附錄四：干空氣的物理性質(zhì)（101.

5、33kPa）和P242的附錄二：水的物理性質(zhì)。運(yùn)用內(nèi)插法可得殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。空氣在89，1.3MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：物性密度i（kg/m3）定壓比熱容cpi kJ/(kg)粘度i（Pas）導(dǎo)熱系數(shù)i（Wm-1-1）空氣 12.511.0522.1510-5 0.0315 水在28的物性數(shù)據(jù)如下：物性密度o（kg/m3）定壓比熱容cpo kJ/(kg)粘度o（Pas）導(dǎo)熱系數(shù)o（Wm-1-1）空氣996.2 41760. 0.616 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2-36得：i1.2931.293(1.3MPa

6、/101.33kPa)273/(273+89)12.51 kgm-3四、傳熱過程工藝計(jì)算4.1 估算傳熱面積4.1.1熱流量空氣的質(zhì)量流量為 m i = 60 Vi i(0,1atm)=60281.293=2172.24 kg/h根據(jù)傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P15，公式1-6，熱流量為 Q i = m i cpi (T1T2) =2172.241.052（14038）=2.33105 kJ/h = 64720 W 4.1.2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1-11，tm = =45.154.1.3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=200 Wm-2

7、-1。根據(jù)傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P14，公式1-2，則估算的傳熱面積為 m24.1.4冷卻水用量根據(jù)傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P15，公式1-8mo = kg/h4.2主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸4.2.1管徑和管內(nèi)流速選用192mm的傳熱管(碳鋼管)；由傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P7表13得管殼式換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù)，可設(shè)空氣流速ui7m/s，用u i計(jì)算傳熱膜系數(shù)，然后進(jìn)行校核。4.2.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)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) (根)按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為m按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng) l= 2 m ，

8、則該換熱器管程數(shù)為Np=L / l=3.81/22 （管程）傳熱管總根數(shù) N = 402= 80 （根）。單根傳熱管質(zhì)量=785023.140.0170.004=1.68kg4.2.3 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3-13a和3-13b，平均傳熱溫差校正系數(shù)R17.00P0.052 依傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P16，公式3-13，溫度校正系數(shù)為0.952依傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P16，公式3-14，平均傳熱溫差校正為tm=tm =45.150.952=42.98( )由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。4.2.4 傳熱管的排列

9、和分程方法采用組合排列法，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(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。查熱交換器原理與設(shè)計(jì)P46，表2-3 管間距，取管間距：t 25 mm 。由化工原理上冊(cè)P278，公式4-123，得橫過管束中心線的管數(shù)為nc =1.1=1.1=9.8410 根由化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P67，公式3-16，隔板中心到離其最近一排管中心距離S=t/2+6=25/2+6=18.5 mm 19mm取各程相鄰管的管心距為38mm4.2.5 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取

10、管板利用率=0.7，由流體力學(xué)與傳熱P206，公式4-115，得殼體內(nèi)徑為Di =1.05t=1.0525=280.6 mm , 查閱傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P59，附表1-2（a），圓整可取Di =325 mm4.2.6折流板采用弓形折流板，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=0.25325=81.25 mm ，故可取h=80 mm。 取折流板間距B=0.4Di，則B=0.4325=130 mm，可取B為150mm。折流板數(shù) NB=1=1=12 塊 折流板圓缺面水平裝配。4.3換熱器主要傳熱參數(shù)核算4.3.1熱量核算(1)殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)于圓缺形折流板，可采用克恩公

11、式。由流體力學(xué)與傳熱P164，公式4-60、4-61，得ho = 其中：當(dāng)水做冷卻劑時(shí)，粘度校正為=1.05當(dāng)量直徑，管子為正三角形排列時(shí)，依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P72，公式3-22得de0.0173 m殼程流通截面積，由流體力學(xué)與傳熱P164，公式4-62，得So = BD(1)=0.150.325（1）0.0117 m2殼程冷卻水的流速及其雷諾數(shù)分別為uo =0.222 m/sReo4543.95普蘭特準(zhǔn)數(shù)（P26，公式1-43）Pr =5.73因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為ho = =2473.60 W/(m2)(2)管程對(duì)流傳熱系數(shù)由流體力學(xué)與傳熱P158，公式4-52a、4-5

12、2b，得hi = 0.023Re0.8Pr0.3其中：管程流通截面積Si =0.00706 m2管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為ui =6.83 m/sRe59611.6普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr =0.718因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為hi=0.02359611.60.85.730.3=289.1 W/(m2)(3)基于管內(nèi)表面積的總傳熱系數(shù)Ki查閱化工原理上冊(cè)P365，附錄22，得l 冷卻水側(cè)的熱阻Rso0.m2W-1l 熱空氣側(cè)的熱阻Rsi0.m2W-1l 鋼的導(dǎo)熱系數(shù)45Wm-1-1因此，依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P71，公式3-21 Rsi 0.0.解得：232.69 W/ (m2)此計(jì)算值

13、與前面的初設(shè)值Ki=200 W/ (m2)的關(guān)系： =1.163滿足換熱器設(shè)計(jì)所要求的/Ki=1.151.25的范圍，初選的換熱器合適。(4) 傳熱面積依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P75，公式3-35：QiSitm得：SiQi/(tm)64720/（232.6942.98）6.47 m2該換熱器的實(shí)際傳熱面積SpSp=3.140.015280=7.536 m2依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P76，公式3-36該換熱器的面積裕度為=16.48%傳熱面積裕度合適，處于要求的15%20%的范圍內(nèi)，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。4.3.2 壁溫核算 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)

14、備課程設(shè)計(jì)P77，公式3-42計(jì)算。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31來計(jì)算傳熱管壁溫。由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)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(jì)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(jì)算傳熱管壁溫。于是按式3-42有式中，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(jì)P77，公式3-44、3-45計(jì)算tm=0.431+0.625=27.40 Tm=0.5（140+38）=89 hc = ho = 2470.72 W/ (m2) hh = h

15、i = 289.1 W/ (m2)傳熱管平均壁溫=33.85 殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=27.4 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 t=33.8527.40 = 6.45 該溫差不大，故不需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。4.3.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力(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3-473-49可得管內(nèi)流體： Re=59611.6 105由柏拉休斯公式：i= 0.020直管部分的壓降：p1= = 778.10 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 0.5+1+0.5+13 彎管回路中的壓降：p2=875.37 Pa 總壓降：p

16、i（p1+p2）Ft Ns Np（778.10+875.37）1.5124960.41 Pa 9810 Pa（符合設(shè)計(jì)要求） 其中， Ft為結(jié)垢校正系數(shù)，取1.5；Ns為串聯(lián)殼程數(shù)，取1 Np為管程數(shù)，取2。(2)殼程阻力：由傳熱力學(xué)與傳熱P209，公式4-121、4-122，得： 流體橫過管束的壓降：p1=Ffonc(NB+1)其中：F=0.5fo=5.0（4543.95）-0.228=0.7330nc=10NB=12uo=0.222 m/sp1=0.50.733010(12+1)(996.20.2222)/2 1169.53 Pap2NB（3.5）12（3.5）(996.20.2222)/

17、2759.11 Pa總壓降：po（p1p2）Fs Ns（1169.53759.11）1.1512217.94 Pa 9810 Pa（符合設(shè)計(jì)要求） 其中，F(xiàn)s為殼程壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對(duì)于液體取1.15；Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。五、主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型5.1殼體5.1.1殼體直徑根據(jù)前面的工藝計(jì)算，本次設(shè)計(jì)采用的換熱器殼體內(nèi)徑Di512 mm。查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P100，表7-4 的無縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑，采用公稱直徑為DN500mm9mm的殼體，則Do530mm，Di512 mm。5.1.2殼體壁厚 查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P124，表9-4，采用16MnR鋼板，其中鋼密度785

18、0kgm3由Po1.32 MPa， Di512mm，再查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P124，表9-6,對(duì)殼體與管板采用單面焊，當(dāng)全部無損探傷時(shí)，焊接接頭系數(shù)0.7。查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P124，表9-4 碳素鋼、普通低合金鋼板許用應(yīng)力，得：t=1170MPa ，s345MPa0.64 (mm)查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P127，表9-10鋼板厚度負(fù)偏差，取C10.8mm， C21mm。圓整后： n=0.64+0.8+18(mm) 5.1.3水壓校核 由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P130，公式9-8，9-10，得： 13.55 MPa 而0.9s=0.90.9235=190.35 MPa因?yàn)?.9s，所以水壓試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度

19、足夠。5.1.1殼體質(zhì)量殼體長(zhǎng)度=1.936m質(zhì)量=78501.9363.14（0.34120.3252）/4 =127.13kg注：個(gè)別數(shù)據(jù)來源于后續(xù)步驟。詳見附圖。5.2管板5.2.1管板參數(shù)根據(jù)殼體內(nèi)徑尺寸，查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P154，表1-6-11(A) 管板尺寸表，由于沒有適合本次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)管板，根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)得管板相關(guān)參數(shù)。具體參數(shù)列于下表： 管板參數(shù)（管板按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)）參數(shù)名稱參數(shù)值管板直徑Da/mm325管板外徑D/mm460管板厚度ba/mm38螺栓孔直徑d2/mm25螺栓孔槽深/mm0.5螺栓規(guī)格M2290螺栓數(shù)量n2/個(gè)12螺栓孔高度bf/mm28管板螺栓孔間距D1/mm

20、410管板法蘭直徑Df /mm460管板螺栓內(nèi)側(cè)邊間距D4/mm363管孔直徑d1/mm19.4管孔數(shù)/個(gè)80換熱管外伸長(zhǎng)度/mm4管板體積/m30.00673管板質(zhì)量/kg35.64注：管板體積=0.00454單塊管板質(zhì)量：m=0.00454785035.64 kg5.2.2管板與殼體的連接 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。5.2.3管子在管板上的固定方式 采用焊接法在管板上固定管子。根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P172，表1-6-20，管子伸出長(zhǎng)度約為4mm，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。5.3拉桿本換熱器殼體內(nèi)徑為325mm，查

21、閱化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P135，表4-7和表4-8得：拉桿螺紋公稱直徑：=12mm拉桿長(zhǎng)：L1=1.812m L2=1.662m前螺紋長(zhǎng)La=25mm后螺紋長(zhǎng)Lb=50mm拉桿數(shù)：4根左視圖拉桿位置如左圖的圓圈位置所示。拉桿質(zhì)量：m=7850（21.812+21.662）3.140.0122/4=6.17 kg拉桿外套有定距管，規(guī)格與換熱管一樣，長(zhǎng)度：L1=1.78 m，L2=1.65m。粗略計(jì)算定距管質(zhì)量 m=7850（21.78+21.65）3.14(0.01920.0152)/4=5.75 kg5.4分程隔板查閱化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P127，表4-1，因本此設(shè)計(jì)換熱器的公稱直

22、徑Di=325mm600 ，對(duì)于碳鋼，得隔板厚度為：b10mm 。分程隔板長(zhǎng)L=260+25+81+5+2810=389mm，其中10mm為管箱嵌入法蘭深度，5mm為隔板嵌入管板深度。分程隔板質(zhì)量以長(zhǎng)方體板粗略估計(jì)：m=0.3250.3890.0107850=9.91kg5.5折流板5.5.1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。5.5.2折流板計(jì)算前面第四章第四節(jié)已算出：折流板數(shù) NB=12 塊圓缺高度 h80 mm板間距 B150mm查閱化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P132，表4-2和表4-3，得：折流板直徑 Da(3252.50.5)mm=322mm折流板厚度 C3 mm

23、。 折流板的管孔，按GB151規(guī)定I級(jí)換熱器，管孔直徑=19+0.4=19.4mm 查換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P184 公式計(jì)算： 圓缺部分面積：=0.20738=0.207380.32220.0215 折流板體積 C=0.003=0. 折流板質(zhì)量：m=120.7850=7.82 kg5.6封頭及管箱（1）封頭查閱材料與零部件P335，表2-1-10，本換熱器采用橢圓型封頭(JB115473)兩個(gè)，材料采用高合金鋼，公稱直徑Dg325mm（以外徑為公稱直徑），曲面高度h181mm，直邊高度h225mm，厚度8mm，重量8.38kg。一個(gè)焊接于管箱，一個(gè)焊接于法蘭。（2）管箱管箱長(zhǎng)L=260mm，管箱外徑

24、=325mm（按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)），壁厚=8mm管箱質(zhì)量：m=3.140.3250.2600.0087850=16.67 kg。（3）封頭法蘭及管箱法蘭 查閱材料與零部件P386，表2-2-23，采用凹法蘭，在公稱壓力1.01.6MPa范圍內(nèi)，選取的法蘭參數(shù)為D=460mm，公稱直徑=325mm，孔間距D1=410mm，D2=364mm。孔直徑25mm，厚度b=32mm ，法蘭重量=17.80kg 。所用螺栓規(guī)格M2290mm，螺栓數(shù)目：12。一個(gè)法蘭焊接在管箱，再與前管板連接；另一個(gè)法蘭焊接在封頭，與后管板連接。六、附屬件的計(jì)算及選型6.1接管及其法蘭根據(jù)流體力學(xué)與傳熱P207，接管直徑公式，同時(shí)

25、也考慮到接管內(nèi)的流體流速為相應(yīng)管、殼程流速的1.21.4倍。殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水的流速為 ui= 0.34m/s，則接管內(nèi)徑為=0.098 m取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 100 mm查表材料與零部件P132無縫鋼管（YB231-70），取管的外徑108mm，管厚4mm，伸出高度150mm。接管質(zhì)量=3.140.1040.0040.157850=1.54kg進(jìn)水口采用凸法蘭，出水口采用凹法蘭，查閱材料與零部件P384，表2-2-21，取法蘭直徑205 mm，厚度b=24mm，螺栓孔間距D1170mm，D2=160mm，孔直徑18mm。法蘭重量：凹法蘭2.70kg，凸法蘭=3.07kg，螺栓規(guī)格：M1

26、6，螺栓數(shù)量為4。由于iui2=996.20.342=115.162200 kg/(ms2)，故不需防沖板。管程流體進(jìn)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=0.078 m取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 80 mm查表材料與零部件P132無縫鋼管（YB231-70），取管的外徑89mm，管厚4.5mm ，查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P142，表1-6-7，伸出高度150mm。接管質(zhì)量=3.140.08450.00450.157850=1.41kg進(jìn)氣口采用凹法蘭，出氣口采用凸法蘭。查閱材料與零件P386，表2-2-23，法蘭的直徑195mm，厚度b=18mm，螺栓孔間距D1160mm，D2=1

27、38mm，孔直徑18mm。法蘭重量：凹法蘭3.51kg，凸法蘭=3.90kg，螺栓規(guī)格：M16，數(shù)量為8。6.2排氣、排液管查表材料與零部件P132無縫鋼管（YB231-70），取排氣液管：外徑38mm，管厚3.5mm，伸出高度75mm。質(zhì)量=78503.140.0380.00350.075=0.25kg。查閱材料與零部件P384，表2-2-21，配套法蘭：選用凸法蘭，dH=38mm，厚度b=16mm，D=120mm，D1=90mm，D2=70mm，質(zhì)量m1.15 kg。6.3支座設(shè)計(jì)6.3.1 支座的設(shè)計(jì)選型查材料與零部件P559，表2-7-1 鞍式支座尺寸，當(dāng)公稱直徑325mm時(shí)，b1=1

28、10mm , L=200mm , B=120mm， b=90mm，m=150mm，質(zhì)量=8.5kg，A0.22=0.4 m，支座間距20002424001192 mm。6.3.2 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/kg1殼體（YB231-70）125.82127.132管板235.6471.283殼程接管21.543.084殼程接管法蘭2凹2.70/凸3.075.775管程接管21.412.826管程接管法蘭2凹3.51/凸3.907.417排氣液管20.250.58排氣液管法蘭21.152.309隔板19.919.9110封頭28.3816

29、.7211封頭法蘭117.8017.8012傳熱管801.68134.413拉桿2+21.61 / 1.476.17 14 定距管L1=13330.1120.1695.75L2=28310.237L3=147220.123L4=297100.21915折流板120.6527.8216管箱116.6716.6717管箱法蘭117.8017.8018支座28.517換熱器總重量/kg470.29（2）傳熱管和拉桿所占的體積粗略為： V23.14（0.019/2）21.91684=0.0505m3 殼體體積為： V13.14（0.325/2）21.9160.159 m3 忽略隔板體積，水充滿整個(gè)換熱

30、器時(shí)的總重為： = 470.29+（0.1590.0505）996.2578.38 kg。小于該鞍式支座的最大載荷14噸。（3）殼體剛度校核已知公式： 和 換熱器的受力可簡(jiǎn)化為如圖：AAL 彎矩圖為：L=1.192m，=578.38kg，g=9.81N/kg。校正為580kg。取A=0.34L=0.221.1920.4(m)，此時(shí)=0.025gL=0.0255809.811.192=169.56Nm抗彎截面模量：=0.00068=169.56/0.00068=0.249MPat=133MPa故此殼體適用。七、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表換熱器的工藝計(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)管

31、程殼程質(zhì)量流量/(kg/h)2172.249299進(jìn)/出口溫度/25/31140/38操作壓力/MPa1.20.3 物性參數(shù)定性溫度/8928密度/(kg/m3)12.51996.2定壓比熱熔/kJ/(kgK)1.0524.176粘度/(Pas)2.1510584.2105熱導(dǎo)率/W/(mK)0.03150.616普朗特準(zhǔn)數(shù)0.7185.73工藝主要計(jì)算結(jié)果流速/(m/s)6.830.222污垢熱阻/m2K/ W0.0.阻力（壓降）/MPa4960.412217.94對(duì)流傳熱系數(shù)/W/(m2K)289.102473.60總傳熱系數(shù)/W/(m2K)232.69平均傳熱溫差/42.98熱流量/kW

32、64.72傳熱面積裕度/%16.48 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼換熱器型式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm325傳熱面積/m26.47管 徑/mm192折流板型式上下管 數(shù)/根80折流板數(shù)/個(gè)12管 長(zhǎng)/mm2000折流板間距/mm150管子排列方式切口高度/mm80管間距/mm25封頭2個(gè)Do=325mm封頭法蘭dH=325mm隔板b=10mm拉桿4根d=12mm支座(JB1167-81)A型管箱（非標(biāo)準(zhǔn)）Do=325mm管箱法蘭dH=325mm定距管192管板請(qǐng)參閱說明書P11殼程接管504殼程接管法蘭dH=108mm管程接管404.5管程接管法蘭dH=89mm排氣液管313.

33、5排氣液管法蘭dH=38mm備注 設(shè)備總重取整為470kg八、設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過兩個(gè)星期的緊張而忙碌的化工原理課程設(shè)計(jì)，通過自己不懈的努力，我的任務(wù)已經(jīng)完滿結(jié)束了。在這個(gè)課程設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，我綜合地運(yùn)用了所學(xué)習(xí)到的流體力學(xué)，傳熱，工程制圖等知識(shí)，設(shè)計(jì)了一款可應(yīng)用于設(shè)計(jì)生產(chǎn)當(dāng)中的空氣壓縮機(jī)后冷卻器。 首先，在設(shè)計(jì)開始之前，要熟悉空氣壓縮機(jī)后冷卻器的工作原理，選擇合適的初始操作條件，并且對(duì)操作條件進(jìn)行溫度和壓力的校正，從而，得出合適的設(shè)計(jì)條件。本設(shè)計(jì)是采用設(shè)置空氣流速（7m/s）和管長(zhǎng)（2m），然后進(jìn)行管內(nèi)外空氣傳熱膜計(jì)算等一系列計(jì)算，最后求出基于管內(nèi)的空氣總傳熱系數(shù)，算出傳熱面積，進(jìn)行傳熱參數(shù)校核。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)是基石，是重點(diǎn)，因?yàn)榻酉聛淼臋C(jī)械設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是基于計(jì)算數(shù)據(jù)，例如壁厚的選擇 ，支座距離等等。其次，綜合運(yùn)用了工程制圖等基本技能，進(jìn)行設(shè)備的視圖設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程，全面上提高了我們綜合運(yùn)用個(gè)學(xué)科知識(shí)，和交叉學(xué)科之間的相互滲透的能力。