化工原理课程设计任务书修复.docx

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1、一设计任务书1.1设计任务：1题目：空气压缩机后冷却器的设计。2原始数据（1）空气处理量12m3/min,操作压强1.4Mpa（绝对压）空气进口温度：143℃；终温：40℃（2）冷却剂：常温下的水初温：25℃；终温：31℃；温升△t=6（3）冷却器压降＜1米水柱1.2设计项目1确定设计方案：确定冷却型式，流体理想和流速的选择，冷却器的安装方式等。2工艺设计：冷却器的工艺计算和强度计算，确定冷却剂用量，传热膜系数，传热面积，换热管长，总管数，管间距，管程数，壳程数，校核压降等。3结构设计：管子在管板上的固定方式，管程分布与管子排列，分程隔板的连接，管板与壳体的；连

2、接，折流板等。4机械设计：确定壳体，管板壁厚尺寸，选择冷却器封头，法兰，接管法兰，支座等。5附属设备选型1.3设计分量（1）设计说明书一份（2）冷却器装配图（1号图纸）（3）冷却器工艺流程图空气压缩机冷却器工艺流程图1工艺流程简图：2结构简图：二、确定设计方案2.1选择换热器的类型本设计中空气压缩机的后冷却器选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：①温差不大；②温差较大但是壳程压力较小；③壳程不易结构或能化学清洗。本次设计条件满足第②种情况。另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用

3、性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。本设计中的固定管板式换热器采用的材料为钢管(20R钢)。2.2流动方向及流速的确定本冷却器的管程走压缩后的热空气，壳程走冷却水。热空气和冷却水逆向流动换热。根据的原则有：（1）因为热空气的操作压力达到1.1Mpa，而冷却水的操作压力取0.3Mpa，如果热空气走管内可以避免壳体受压，可节省壳程金属消耗量；（2）对于刚性结构的换热器，若两流体的的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与对流表面传热系

4、数大的流体温度相近，可以减少热应力，防止把管子压弯或把管子从管板处拉脱。（3）热空气走管内，可以提高热空气流速增大其对流传热系数，因为管内截面积通常比管间小，而且管束易于采用多管程以增大流速。查阅《化工原理（上）》P201表4－9可得到，热空气的流速范围为5～30m·s-1；冷却水的流速范围为0.2～1.5m·s-1。本设计中，假设热空气的流速为8m·s-1，然后进行计算校核。2.3安装方式冷却器是小型冷却器，采用卧式较适宜。空气空气水水三、设计条件及主要物性参数3.1设计条件由设计任务书可得设计条件如下表：参类数型体积流量（标准m3/min）进口温度（℃）出口

5、温度（℃）操作压力（Mpa）设计压力（Mpa）空气（管内）12143401.41.5冷却水（管外）－25310.10.2注：要求设计的冷却器在规定压力下操作安全，必须使设计压力比最大操作压力略大，本设计的设计压力比最大操作压力大0.1MPa。3.2确定主要物性数据3.2.1定性温度的确定可取流体进出口温度的平均值。管程气体的定性温度为℃壳程水的定性温度为℃3.2.2流体有关物性数据根据由上面两个定性温度数据，查阅《化工原理（上）》P243的附录六：干空气的物理性质（101.33kPa）和P244的附录七：水的物理性质。运用内插法（公式为）,可得壳程和管程流体的有

6、关物性数据。空气在91.5℃，1.5MPa下的有关物性数据如下：　物性密度ρi（kg/m3）定压比热容cpi[kJ/(kg℃)]粘度μi（Pa·s）导热系数λi（W·m-1·℃-1）空气14.351.0092.21×10-50.0322水在28℃的物性数据如下：　物性密度ρo（kg/m3）定压比热容cpo[kJ/(kg℃)]粘度μo（Pa·s）导热系数λo（W·m-1·℃-1）水996.24.1768.42×10-40.0616注：空气的物性受压力影响较大，而水的物性受压力影响不大。空气密度校正，由《化工原理实验》P31，公式2-36得：ρi＝1.293＝1.2

7、93×(1.5MPa/101.33kPa)×273/(273+91.5)＝14.35kg·m-3四、传热过程工艺计算4.1估算传热面积4.1.1热流量空气的质量流量为mi=60ViAi=60×12×14.35=10332kg/h根据《流体力学（上）》P177，公式（4-109），热流量为空气定性温度：T=91.5℃冷却水定性温度：t=28℃换热量：Qi=298270w平均温差：△tm=48.25℃Qi=miCpi(T1－T2)=10332×1.009×（143－40）=1.074×106kJ/h=298270W4.1.2平均传热温差根据《传热传质过程设备设计》P

8、15，公式1-11，==