化工原理课程设计空气压缩机后冷却器.docx
- 文档编号:16326787
- 上传时间:2023-07-12
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:20.58KB
化工原理课程设计空气压缩机后冷却器.docx
《化工原理课程设计空气压缩机后冷却器.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工原理课程设计空气压缩机后冷却器.docx(8页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
化工原理课程设计空气压缩机后冷却器
化工原理课程设计-空气压缩机后冷却器
化工原理课程设计-空气压缩机后冷却器化工原理课程设计题目:
空气压缩机后冷却器学生姓名:
吴琦楠指导老师:
张亚君学院:
轻工与食品学院班级:
食品科学与工程1班学生学号:
201230411233时间:
2015年7月目录一、设计任务书11.1设计数据11.2设计项目11.3设计分量1二、确定设计方案22.1选择换热器的类型22.2流动方向及流速的确定22.3安装方式2三、设计条件及主要物性参数33.1设计条件33.2确定主要物性数据33.2.1定性温度33.2.2流体有关物性数据3四、传热过程工艺计算54.1估算传热面积54.1.1热流量54.1.2平均传热温差54.1.3传热面积54.1.4冷却水用量54.2主体构件的工艺结构尺寸54.2.1管径和管内流速54.2.2管程数和传热管数54.2.3平均传热温差校正及壳程数64.2.4传热管的排列和分程方法64.2.5壳体内径64.2.6折流板64.3换热器主要传热参数核算74.3.1热量核算74.3.2壁温核算94.3.3换热器内流体的流动阻力(压降)9五、机械结构设计115.1壳体115.1.1壳体直径与壁厚115.1.2气压校核115.2浮头管板及浮头法兰115.3管箱法兰和管箱侧壳体法兰115.4管箱结构设计125.5固定端管板结构125.5外头盖法兰、外头盖侧壳体法兰125.6拉杆125.7分程隔板125.8接管125.9折流板135.9.1折流板选型135.9.2折流板计算13六、连接及排列方式146.1管子与管板的连接146.2管板与壳体、管箱的连接146.3管程分布与管子排列146.4分程隔板的连接14七、附属件的计算及选型157.1接管法兰157.2垫片157.3防冲板157.4支座设计157.3.1支座的设计选型157.3.2支座承载能力校核16八、设计计算结果汇总表17九、设计总结18十、参考资料19附:
空气压缩机冷却器工艺流程图20一、设计任务书1.1设计数据为某工厂设计一台空气压缩机后冷却器的基础数据如下:
(1)空气流量:
Vh=13m3/min(标准状态)操作压强:
Ph=1.5MPa进口温度(初温):
T1=150℃出口温度(终温):
T2=40℃
(2)冷却剂:
常温下的水初温:
t1=30℃;终温:
t2=36℃;温差:
△t=6℃;(△t=5~8℃)(3)冷却器的压降50°C,设计压力为1.6MPa时,管板厚度取为46mm钩圈采用B型,设计厚度为46+16=62mm浮头盖封头球面内半径按GB151-1999标准中表46,当DN=600mm时,取Ri=500mm浮头盖封头厚度取8mm垫片宽度:
取bn=12mm浮头法兰内直径:
Dfi=Di-2(b1+bn)=600-2×(3+12)=570mm浮头法兰外直径:
Dfo=Di+80=680mm浮头法兰螺栓孔中心分布圆直径取650mm浮头法兰厚度:
b=100mm浮头法兰螺栓规格:
M20,数量为24。
5.3管箱法兰和管箱侧壳体法兰根据公称直径D=600mm,查《JB-T4703-2000长颈对焊法兰》选取。
确定法兰外径为740mm,螺栓孔圆心所在分度圆直径为700mm,孔深为44mm,法兰厚度为105mm。
法兰螺栓规格:
M20,数量为28。
5.4管箱结构设计选用B型封头管箱,取管箱总长度为475mm,管箱壁厚取8mm。
封头直边高度为25mm,总高度为175mm。
5.5固定端管板结构依据所选用的管箱法兰、管箱侧法兰的结构尺寸,确定固定端管板最大外径为655mm,管板厚度取为46mm。
5.5外头盖法兰、外头盖侧壳体法兰浮头法兰外直径为700mm,按公称直径700mm查阅《JB-T4703-2000长颈对焊法兰》选取,确定外头盖法兰外径为860mm,盖侧法兰内径为700mm,壳侧法兰内径为600mm,螺栓孔圆心所在分度圆直径为815mm,孔深46mm,厚度为115mm,法兰螺栓规格:
M24,数量为24。
外头盖封头总高度200mm,直边高度25mm5.6拉杆本换热器壳体内径为600mm,换热管直径为25mm,查《化工单元过程及设备课程设计》表4-7和表4-8得拉杆螺纹公称直径:
=16mm前螺纹长:
La=20mm后螺纹长:
Lb=60mm拉杆数:
4根拉杆长度:
L1=4185mmL2=3935mm拉杆位置见后面6.3的排管图。
5.7分程隔板查《化工单元过程及设备课程设计》表4-1,因本此设计换热器的公称直径Di=600mm,对于碳钢,取隔板厚度为b=10mm。
5.8接管①管程流体进出口接管:
接管内流速应为管程水流速的1.2~1.4倍,取接管内水的流速为u1=1.3ui=1.3×0.5961=0.775m/s,则接管内径为同时管径应限制在d=(1/3~1/4)Di=150~200mm,故取标准管径为200mm,管的外径为219mm,伸出高度250mm。
②壳程流体进出口接管:
接管内流速应为壳程气体流速的1.2~1.4倍,取接管内气体的流速为u2=1.3uo=1.3×6.603=8.58m/s,则接管内径为同时管径应限制在d=(1/3~1/4)Di=150~200mm,故取标准管径为200mm,管的外径为219mm,伸出高度250mm。
3排气、排液接管:
取标准管径为50mm,管的外径为60mm,伸出高度100mm。
5.9折流板5.9.1折流板选型本次设计的冷却器采用弓形折流板。
如右图所示。
5.9.2折流板计算前面4.2.6已算出:
折流板数NB=16块圆缺高度h=150mm板间距B=250mm查《化工单元过程及设备课程设计》表4-2、表4-3、表4-4得折流板直径Da=(600-4.5-0.5)mm=595mm折流板厚度C=4mm管孔直径d=25+0.8=25.8mm六、连接及排列方式6.1管子与管板的连接换热器工作压力管子伸出长度约为5mm,管子与管孔间保留1mm的距离,防止管子受热膨胀,使管板受压变形。
6.2管板与壳体、管箱的连接对于浮头式换热器,为了抽出管束进行清洗、维修,把固定端管板夹持在壳体法兰和管箱法兰之间。
6.3管程分布与管子排列换热器设计为双管程,单壳程。
采用正三角形排列法,每程内均按正三角形排列,其优点为管板强度高,流体走短路的机会少,且管外流体扰动较大,因而对流传热系数较高,相同的壳程内可排列更多的管子。
排管及拉杆布置见下图。
筒体内径600mm,外径616mm;折流板直径595mm,圆缺高度150mm;换热管数156,管径25mm;拉杆数4,杆径16mm6.4分程隔板的连接分程隔板采用常规连接形式,连接方式为焊接。
七、附属件的计算及选型7.1接管法兰接管法兰选用板式平焊法兰,进气口采用凹面法兰,出气口采用凸面法兰。
查《化工单元过程及设备课程设计》附录四表2有:
选用凹凸面板式平焊法兰,公称直径为200mm,法兰外径为340mm,螺栓孔中心分布圆直径295mm,法兰厚度C=26mm,螺纹M20,螺栓孔数量12。
7.2垫片换热器工作压力为1.6MPa,浮头法兰、管箱法兰、管箱侧法兰、外头盖法兰和外头盖侧法兰,均采用20mm非金属软垫片。
7.3防冲板计算壳程流体ρu2值:
ρu2=15.146×6.6032=660.4kg/(m·s2)7.4支座设计7.3.1支座的设计选型查《传热与传质过程设备设计》P324,总附表12,由公称直径=600mm选择带加强垫板的B型鞍式支座,有:
L=4300mm,支座间距LB=(0.5~0.7)L=(0.5~0.7)×4300=(2150~3010)mm,取LB=3000mm。
直接高度H取300mm。
7.3.2支座承载能力校核
(1)换热器的质量统计于下表:
序号各零部件数量单件重量/kg重量/kg1壳体(YB231-70)295.512295.5122管板275.12150.243壳程接管21.913.824壳程接管法兰2凹1.54/凸2.427.925管程接管22.575.146管程接管法兰2凹4.36/凸5.59.867排气液管20.320.648排气液管法兰22.85.69隔板114.8414.8410封头219.9639.9211封头法兰151.1751.1712传热管1564.16648.9613拉杆2+29.27/8.8418.1114定距管L’127.6815.09L’227.4115折流板162.9947.8416管箱125.3525.3517管箱法兰151.1751.1718支座23876换热器总质量1259.412kg
(2)传热管和拉杆所占的体积粗略为:
V2=3.14×(0.025/2)2×4.5×(156+4)=0.353m3壳体体积为:
V1=3.14×(0.600/2)2×4.3=1.215m3忽略隔板体积,水充满整个换热器时的总重为:
=1259.412+(1.215-0.353)×994.73=2116.87kg。
小于该鞍式支座的最大载荷14吨。
八、设计计算结果汇总表换热器的工艺计算及结构设计的主要结果和主要尺寸汇总于下表:
工艺参数壳程管程质量流量/(kg/h)11813.8152306.31进/出口温度/℃150/4030/36操作压力/MPa1.50.3物性参数定性温度/℃9533密度/(kg/m3)15.146994.73定压比热熔/[kJ/(kg·K)]1.0094.178粘度/(Pa·s)2.17×1057.52×10-4热导率/[W/(m·K)]0.03170.6220普朗特准数0.6915.05工艺主要计算结果流速/(m/s)6.6030.6阻力(压降)/MPa282856481.1对流传热系数/[W/(m2·K)]267.03119总传热系数/[W/(m2·K)]188.3平均传热温差/℃42.73热流量/kW364.23传热面积裕度/%10.86设备结构设计程数12推荐使用材料碳钢碳钢换热器型式浮头式台数1壳体内径/mm600传热面积/m255.13管径/mmФ25×2.5折流板型式上下管数/根156折流板数/个16管长/mm4500折流板间距/mm250管子排列方式正三角形切口高度/mm150管间距/mm32封头×2个Do=600mm浮头法兰D=680mm隔板b=10mm管箱法兰D=740mm外头盖法兰D=860mm管箱侧壳体法兰D=740mm外头盖侧壳体法兰D=860mm拉杆×4根d=16mm支座(JB1167-81)B型浮头管板外径594mm固定端管板外径655mm壳程接管Ф200×6壳程接管法兰dH=340mm管程接管Ф200×6管程接管法兰dH=340mm备注设备总重取整为1260kg9、设计总结经过上一次的机械设计基础的课程设计后,这一次的化工原理课程设计进行起来就显得顺利一些了。
从一开始先翻看课本《化工单元过程及设备课程设计》,再对几份相关的标准快速翻阅,然后根据书里的例题和模板进行工艺计算。
吸取了上一次数次修改设计书的经验,这次一开始并没有直接在设计书上进行编辑修改,而是先利用草稿纸列出各项计算参数,编写Excel文件进行计算,方便调整参数的选择,以符合工艺要求。
把设计书的修改、排版放在了画完图纸之后。
在完成工艺计算后,机械设计部分的尺寸选择反倒遇到了较大的阻碍。
许多零件的标准尺寸需要翻阅各份标准,参考其他人的经验值,使得这一部分的完成需要和同学一起进行讨论。
其实机械设计部分由于本次课程设计对于强度校核没有严格要求,任务已经相对轻松,但是部分结构的尺寸数据是需要边画图才能边确定的,所以在进行机械设计部分的计算时,应当先绘制装配草图,以弄清楚对各部分结构之间的装配关系,方便尺寸选择。
在选择各结构尺寸时,应当优先考虑标准值,再根据实际设计需要进行取舍。
在图纸的绘制过程中,才逐渐对整个设备的结构和尺寸有了形象的了解,而如果事先有见到过列管式换热器的实物,会有利于装配图纸的绘制。
在此过程中,值得一提的还有换热管的排管部分。
根据数据大致确定管数分布后,一开始按比例用手绘,发现排管不合理后难以调整,手绘尺寸误差容易导致排管出现失误,绘制圆心连线形成的三角形矩阵后,对整体的排管情况还是难有形象的认识。
但是如果用SolidWorks软件进行绘制的话,不仅精确度提高了,方便拉杆位置的调整,而且得到的较为完整的剖面图,也有利于判断排管是否匀称。
证明了:
科学技术是第一生产力。
虽然说磨刀不误砍柴工,但是在必要的准备步骤完成后就应当大胆开始绘制图纸了,而不能过分纠结于设计书中的每一项参数选择中。
如果在设计计算过程中,遇到暂时无法确定的尺寸数据,应当标记后先跳过,回头再补充。
要认识到少数尺寸规格在实际图纸绘制中再进行选择调整会更加方便的。
经过此次的课程设计训练,与其说是巩固化工原理知识内容或是提高画图设计能力,我觉得更大的收获其实是在于设计计划的拟定与时间安排上面。
确定设计流程,合理安排工作任务,有利于设计任务的有序进行,提高设计效率,也能减小个人的劳动强度。
以上。
十、参考资料1.王瑶张晓冬《化工单元过程及设备课程设计》,北京,化学工业出版社,20132.钟理《化工原理(上册)》,北京,化学工业出版社,20133.邹华生《流体力学与传热》,广州,华南理工大学出版社,20074.钱颂文《换热器设计手册》,北京,化学工业出版社,2002附:
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:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化工 原理 课程设计 空气压缩机 冷却器