1、目錄第1章緒論21.1空氣壓縮機冷卻器工藝流程圖21.1.1工藝流程簡圖21.1.2 結構簡圖21.2換熱器的類型31.3換熱器3第2章設計計算42.1確定設計方案42.1.1換熱器的類型 兩流體的溫度變化42.1.2管程安排42.2確定物性數據52.3估算傳熱面積52.3.1熱流量52.3.2冷卻水用量52.3.3平均傳熱溫差先按照純逆流計算52.3.4初算傳熱面積62.4工藝尺寸62.4.1管徑和管內流速62.4.2管程數和傳熱管數62.4.3平均傳熱溫差校正72.4.4傳熱管排列和分程方法72.4.5殼體內徑82.4.6折流板82.4.7接管82.5換熱器核算92.5.1熱傳熱面積校核9

2、2.5.2換熱器內壓核算11第3章心得體會13第4章參考文獻14第1章緒論1.1空氣壓縮機冷卻器工藝流程圖1.1.1工藝流程簡圖1.1.2 結構簡圖1.2換熱器的類型列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據主導作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在關內流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優點是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結構堅固，可選用的結構材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內安裝一定數目與管束相互垂直的折流

3、擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束，使湍流程度大為增加。列管式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體溫差較大（50以上）時，就可能由于熱應力而引起設備的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。1.3換熱器換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業部門的通用設備，在生產中占有重要地位。由于生產規模、物料的性質、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。 按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等。根據冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、

4、間壁式。間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。在這類換熱器中，冷、熱流體被固體壁面隔開，互不接觸，熱量從熱流體穿過壁面傳給冷流體。該類換熱器適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場合。間壁式換熱器的應用廣泛，形式繁多。將在后面做重點介紹。直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器。在此類換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合傳遞熱量。該類換熱器結構簡單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場合。常見的設備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由熱流體傳給冷流體。當蓄熱體與熱流體接觸時，從熱流體處接受熱量，

5、蓄熱體溫度升高后，再與冷流體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達到換熱的目的。此類換熱器結構簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點是設備的體積龐大，且不能完全避免兩種流體的混合。工業上最常見的換熱器是間壁式換熱器。根據結構特點，間壁式換熱器可以分為管殼式換熱器和緊湊式換熱器。緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等類型的換熱器。其中，列管式換熱器被作為一種傳統的標準換熱設備，在許多工業部門被大量采用。列管式換熱器的特點是結構牢固，能承受高溫高壓，換熱表面清洗方便，制造工藝成熟，選材范圍廣泛，

6、適應性強及處理能力大等。這使得它在各種換熱設備的競相發展中得以繼續存在下來。使用最為廣泛的列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼體內。因此，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節的固定管板式、浮頭式和U形管式等幾種類型。第2章設計計算2.1確定設計方案2.1.1換熱器的類型 兩流體的溫度變化兩流體溫度的變化情況：熱流體進口溫度 137，出口溫度 40；冷流體進口溫度40，出口溫度為 30。該換熱器用循環冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，確定選用浮頭式換熱器。2.1.2管程安排

7、從兩物流的操作壓力看，應使混合氣體走管程，循環冷卻水走殼程。但由于循環冷卻水較易結垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應使循環冷卻水走管程，熱空氣走殼程。2.2確定物性數據定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。故殼程混和氣體的定性溫度為T= 管程流體的定性溫度為t = =35 空氣與冷卻水的物理性質表物 性密度（kg/m3）比熱容 kJ/(kg)粘度（Pa·s）導熱系數（W·m-1·-1）空氣0.9871.0092.13×10-5 0.031水994.034.1747.27

8、×10-40.6262.3估算傳熱面積2.3.1熱流量 2.3.2冷卻水用量2.3.3平均傳熱溫差先按照純逆流計算2.3.4初算傳熱面積查下表取K=280 W/(·k)列管式換熱器中總傳熱系數K的經驗值冷流體熱流體總傳熱系數/W/（K）水水850-1700水氣體17-280水有機溶劑280-850水輕油340-910水重油60-2802.4工藝尺寸2.4.1管徑和管內流速選用mm較高級冷拔傳熱管(碳鋼),差下表取管內流速。列管式換熱器常用流速范圍流體類型流速/（m/s）管程殼程一般液體0.5-30.2-1.5易結垢液體>1>0.5氣體5-303-152.4.2管

9、程數和傳熱管數 可以依據傳熱管內徑和流速確定單程管傳熱數按照單管程，所需的傳熱管長度為 按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。現取l=6m，則該換熱器的管程數為取=4傳熱管總根數n=500根。2.4.3平均傳熱溫差校正 按單殼程，四管程結構，查得平均傳熱溫差由于平均傳熱溫差校正系數大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。2.4.4傳熱管排列和分程方法采用組合排列法,即每程內均按正三角形排列,隔板兩側采用正方形排列。 取管心距，則隔板中心到離其最近一排管中心距離按下式計算各程相鄰管的管心距為44mm。2.4.5殼體內徑采用多管程結構，殼體內徑可按下式估算。取管板利用率=0.75

10、，則殼體內徑為按卷制殼體的進級檔，可取D=800mm。2.4.6折流板用圓缺折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25×800=200mm故可取h=200mm。取折流板間距B=0.5D，則 B=0.5×800=400mm可取B為400mm。折流板數目2.4.7接管殼程流體進出口接管：取接管內氣體流速為，則接管內徑為圓整后可取管內徑為210mm。管程流體進出口接管：取接管內液體流速，則接管內徑為圓整后去管內徑為210mm。2.5換熱器核算2.5.1熱傳熱面積校核管程傳熱膜系數。管程流體流通截面積管程流體流速和離諾數分別為普朗特數殼程傳熱膜系

11、數。當量直徑殼程流通截面積殼程流體流速及其雷諾數分別為普朗特數粘度校正 污垢熱阻和管壁熱阻。管外側污垢熱阻，管內測污垢熱阻。已知管壁寬度b=0.0025m，碳鋼在該條件下的熱導率為。總傳熱系數K為傳熱面積校核換熱器實際傳熱面積換熱器的面積裕度傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。2.5.2換熱器內壓核算管程阻力由Re=16407.6，傳熱管對粗糙度0.2/20=0.01，查得，流速，所以管程流體阻力在允許范圍內。殼程阻力。其中 ，流體流經管束的阻力計算得，因實際生產中達不到現取流體流過折流板缺口阻力其中則總阻力由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適。換熱器主要結構

12、尺寸和計算結果見下表參數管程殼程流率m3/h155.365000進/出口溫度/30/40137/40壓力/MPa0.40.15物性定性溫度/3588.5密度/（kg/m3）994.030.987定壓比熱容/kj/（kgk）4.1741.009粘度/（Pas）熱導率（W/mk） 0.6260.031雷諾數16407.6318000普朗特數4.850.71設備結構參數形式浮頭式殼程數1殼體內徑/800臺數1管徑/25×2.5管心距/44管長/6000管子排列正三角形管數目/根500折流板數/個14傳熱面積/176.6折流板間距/ 400管程數4材質碳鋼主要計算結果管程殼程流速/（m/s）

13、1.2034.4表面傳熱系數/W/（k）3188.4404.4污垢熱阻/（k/W）0.000170.00034阻力/ MPa0.05530.0285熱流量/KW1790.4傳熱溫差/K38.3傳熱系數/W/（K）270.9裕度/% 10%第3章心得體會通過本次課程設計的訓練，讓我對自己的專業有了更加感性和理性的認識，這對我們的繼續學習是一個很好的指導方向，我們了解了工程設計的基本內容，掌握了化工設計的主要程序和方法，增強了分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設計，還使我們樹立正確的設計思想，培養實事求是、嚴肅認真、高度負責的工作作風，加強工程設計能力的訓練和培養嚴謹求實的科學作風更尤為重要。由于是第一次弄這樣的課程設計活動，對于設計結果，我們還是比較滿意的。這次的設計主要是針對現實工業生產中的換熱器課題展開的，設計任務主要是實現空氣壓縮機的冷卻，通過參照有關參考書和查閱相關網上資料，我們設計出來了這個浮頭式換熱器。此換熱器選用的碳鋼管，管徑較大，易于清洗，因考慮到管程流體易結垢，故選用此種類型的管，而且壓降不是很大，所以選用較合理；本換熱器的缺點就是不可承