空氣壓縮機后冷卻器設計 化工原理課程設計

1、空氣壓縮機后冷卻器設計設計說明書第1頁共18頁一、設計任務書一、設計任務書1.原始數(shù)據(jù)（1）空氣處理12m3min操作壓強1.4MPa（絕對壓）空氣進口溫度147℃，終溫40℃（2）冷卻劑：常溫下的水(進出口溫度自己選擇)初溫：25℃，終溫：33℃，溫升5—8℃（3）冷卻器壓降1m水柱二、確定設計方案二、確定設計方案2.12.1選擇換熱器的類型選擇換熱器的類型本設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

2、于下列情況：①溫差不大；②溫差較大但是殼程壓力較??；③殼程不易結(jié)構(gòu)或能化學清洗。本次設計條件滿足第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，可以提高對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。本設計中的固定管板式換熱器采用的材料為鋼管(20R鋼)。2.22.2流動方

3、向及流速的確定流動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換熱。根據(jù)的原則有：（1）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；（2）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。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。本設計中，假設熱空氣的流速為8ms1，然后進行計算校核。2.32.3安裝方式安裝方式空氣壓縮機后冷卻器設計設計說明書第3頁共18頁空氣在95℃，1.2MPa下的有關物性數(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。空氣密度校正，由《化工原理實驗》P31，公式236得：ρi＝1.293＝1.293(

6、1.2MPa101.33kPa)273(27395)＝11.36kgm3T273273?PP四、四、傳熱過程工藝計算傳熱過程工藝計算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（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)過程設備設計》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)。初步設定設Ki‘=200Wm2℃1。根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設備設計》P14，公式12，則估算的傳熱面積為m266.1826.5120019130