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化工原理课程设计

计算说明书

学生姓名：邓响辉

指导老师：张亚君

学院：机械与汽车工程学院

班级：过控（轻机）

学生学号：202530050488

时间：2025年6月

目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章设计任务书 4

1.1设计任务 4

1.2设计项目 4

1.3设计分量 5

第二章确定设计方案 5

2.1冷却器的选型 5

2.2流程选择 6

2.3流体进出口温度 6

2.4安装方式 7

2.5工艺流程图 7

第三章工艺设计 7

3.1确定总传热量 7

3.2冷却剂的流量 8

3.3壳程数和管程数 9

3.4空气的传热系数 10

3.5水侧的传热系数 11

3.6总传热系数 12

3.7换热器所需的管数 12

3.8设计计算校核 12

第四章结构设计 13

4.1管子在管板上的固定方式 13

4.2管程分布与管子排列 14

4.3分程隔板的连接 14

4.4管板与壳体的连接 15

4.5折流板 15

4.6拉杆、定距管 15

第五章机械设计 16

5.1壳体管板的厚度尺寸 16

5.2水压校核 16

5.3管板的参数 16

5.4折流板计算 17

5.5接管与管法兰 18

5.6封头设计 18

5.7支座设计 19

第六章辅助设备选型 20

6.1接管及其法兰 20

6.2排液管 20

第七章设计结果一览表 20

第八章设计体会 22

参考文献 24

第一章设计任务书

1.1设计任务

题目：空气压缩机后冷却器的设计

原始数据：

空气

处理量：11操作压强：1.2MPa（绝对压）

空气进口温度：150℃终温：40℃

（2）冷却剂：常温下的水

初温：28℃；终温：34℃；温升

（3）冷却器压降＜1米水柱

1.2设计项目

（1）确定设计方案。确定冷却器形式，流体流向和流速选择，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，传热系数，传热面积，管数，管间距，校对压降等。

（3）结构设计：管子在管板上的固定方式，管程分布和管子排列，分程隔板的链接，管板和壳体的连接，折流挡板等。

（4）机械设计：确定壳体，管板壁的厚度尺寸，选择冷却器的封头，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（35×50计算纸）

第二章确定设计方案

2.1冷却器的选型

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(10)。

2.2流程选择

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1.2Mpa，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《化工单元过程及设备课程设计》46页表3-4可得到，热空气的流速范围为5~30；冷却水的流速范围为0.2~1.5。本设计中，假设热空气的流速为7，然后进行计算校核。

2.3流体进出口温度

（1）热空气

进口温度：150℃；出口温度：40℃

（2）冷却水