空气除湿机的改造设计Word下载.docx
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目录
摘要·
·
Abstract·
绪论·
1
第1章设计方案简介·
2
1.1设计目的·
1.2空气除湿机的作用及在生产中的应用·
1.3方案示意图·
1.4说明运用该设备的理由·
3
1.5设备的结构特点·
1.6在设计中遇到的问题及处理·
4
1.7设计方案的确定·
第2章空气除湿机的组成·
6
2.1压力提供装置·
2.2空气除湿、冷却降温装置与升温装置·
2.2.1冷却器的概述·
7
2.2.2冷却器的分类·
2.3热空气与冷空气交换装置·
8
第3章空气除湿机机械部分的设计和计算·
9
3.1除湿机的原理·
3.2空气除湿机的材料选择·
3.2.1底座及机壳的材料选择·
3.2.2冷却器与蒸汽加热器的材料选择·
9
3.3管板的设计及相关尺寸计算·
10
3.4整个空气除湿机总体尺寸的设计的确定·
3.5翅片管的尺寸选择及设计·
3.6冷却管（换热管）的选择和计算·
11
3.6.1热流量的计算·
3.6.2传热面积的计算·
3.7蒸汽加热器的选择和计算·
13
第4章列管式冷却器的设计·
14
4.1列管式冷却器的分类·
4.1.1浮头式冷却器·
4.1.2固定板式冷却器·
16
4.1.3U型管式冷却器·
17
4.2列管式冷却器的结构设计·
4.2.1管程结构·
4.2.2壳程结构·
18
4.3管程和壳程数的确定·
22
4.4流体流速的选择·
23
第5章结语·
25
致谢·
26
参考文献·
27
绪论
通过热交换等步骤把空气的水分出去或者改变其含量的设备称为除机除湿机的主要部分为冷却器，它与换热器的结构相似。
空气除湿机是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.二十世纪20年代出现板式冷却器，并应用于食品工业。
30年代初，瑞典首次制成螺旋板蒸发器。
接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式冷却器，用于飞机发动机的散热。
30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式冷却器，用于纸浆工厂。
在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的空气除湿机开始注意。
60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种效能紧凑型的空气除湿机，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，空气除湿机制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。
此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热、除湿、节能的需要，典型的管壳式冷却器也得到了进一步的发展。
70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式冷却器。
在石油化工生产中冷却器可作为蒸发器、加热器、冷凝器、换热器和再沸器等,应用更加广泛。
随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对空气除湿机的要求也日益加强。
冷却器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效冷却器相继问世。
随着冷却器在工业生产中的地位和作用不同，冷却器的类型也多种多样，不同类型的冷却器各有优缺点，性能各异。
在空气除湿机设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热和除湿所需传热面积，并确定冷却器的结构尺寸。
第1章设计方案的简介
每一种产品的设计，首先要根据要求来确定一个或几个方案，最后取最佳方案来做进一步的设计
1.1设计目的
课程设计是机械课程教学中综合性和实际性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。
通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的机械设计任务，从而得到机械设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。
同时，通过课程设计，还可以培养学生树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。
1.2该设备的作用及在生产中的应用
换热器是实现传热过程的基本设备。
而此设备是比较典型的传热设备，它在工业中的应用十分广泛。
例如：
在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜和冷凝器、化工厂蒸发设备的加热室等。
1.3方案示意图
图1.1方案示意图
1为冷却器；
2、3为蒸汽加热器；
4为热冷空气交换器；
5为吹灰装置；
6、7气液分离器（钢丝网）
1.4说明运用该设备的理由
这种空气除湿机中冷却器的特点是壳体和管板直接焊接，结构简单、紧凑。
在同样的壳体直径内，排管较多。
管式冷却器具有易于制造、成本较低、处理能力达、换热表面清洗比较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于除湿、调温及调压及场合等优点，由于两管板之间有管子相互持撑，管板得到加强，故在各种列管冷却器中他的管板最薄，其造价比较低，因此得到了广泛应用。
1.5设备的结构特点
该结构能够快速的空气的温度，工作在交换气流部分时热流体走管程，冷流体走壳程，使接触面积大大增加，加快了除湿和换热的速度。
同时，对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈（或称膨胀节），通过补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩）来适应外壳和管束不同的膨胀程度。
1.6在设计中遇到的问题的处理
在设计中，在工艺计算过程中，由于选取K0不当或其他条件选取不当，造成在校核时K0不符合要求。
在重新选取K0的同时，改变了其他的条件，如：
n，L等，经过二次校核达到了预期的目的。
还有在计算传热面积的时候，不同的流体在相同的条件下，计算出来的结果也是不同的，所以在计算过程中要看清所选的流体（冷、热）是什么。
1.7设计方案的确定
（1）对于列管式换热器，首先根据换热流体的腐蚀性或其它特性选项定其结构材料，然后再根据所选项材料的加工性能，流体的压强和温度、换热的温度差、蒸发器的热负荷、安装检修和维护清洗的要求以及经济合理性等因素来选项定其型式。
设计所选用的列管换热器的类型为固定管板式。
列管换热器是较典型的换热设备，在工业中应用已有悠久历史，具有易制造、成本低、处理能力大、换热表面情况较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于调温调压场合等优点，故在大型换热器中占优势。
固定管板式列管换热器的特点是，壳体与管板直接焊接，结构简单紧凑，在同样的壳体直径内排管最多。
由于两管板之间有管板的相互支撑，管板得到加强，故各种列管换热器中它的管板最薄，造价最低且易清洗。
缺点是，管外清洗困难，管壁与壳壁之间温差大于50℃时，需在壳体上设置膨胀节，依靠膨胀节的弹性变形以降低温差压力，使用范围仅限于管、壳壁的温差不大于70℃和壳程流体压强小于600kpa的场合，否则因膨胀节过厚，难以伸缩而失去温差补偿作用。
（2）流体流经的冷却器空间：
冷却水走管程原因有以下几个方面，冷却水常常用氟利昂，氟利昂的冷却效果好，但对大气有严重的污染，应对其进行妥善处理，此外，管内流体易于维持高速，可避免悬浮颗粒的沉积。
管程可以采用多管程来增大流速，用以提高对流传热系数。
被加热的流体应走管程，以提高热的有效利用，被冷却的流体走壳程，以便于热量散失。
空气由于比较清洁应于壳程流过，易便于冷凝液的排出。
综上所述氟利昂走管程空气走壳程。
（3）流体的流动方向选择：
空气应从空气除湿机的壳程上方进入，冷凝水从壳程的下方排出，这样既便于冷凝水的排放，又利于传热效率的提高;
冷却水一般从换热器的下方的入口进入,上方的出口排出,可减少冷却水流动中的死角,以提高传热面积的有效利用.故采用逆流.
（4）流速的选择:
换热器内流体的流速大小,应有经济衡算来决定.增大器内流体的流速,可增强对流传热,减少污垢在换热管表面上沉积的可能性,即降低了污垢的热阻,使总传热系数增大,从而减少换热器的传热面积和设备的投资经费,但是流速增大,又使流体阻力增大,动力消耗也就增多,从而致使操作费用增加,若流速过大,还会使换热器产生震动,影响寿命,因此选取合适的流速是十分重要的.
（5）冷却剂及出口温度的确定:
选取水做冷却剂,它们可以直接取自大自然,不必特别加工.由于本地水源丰富,可以降低传热面积,减少设备费用,故取出口温度为28℃.
（6）此方案一共有两套动力系统，不但增加了空气的调温范围，又为整个系统增加了一份保险，防止突然事件的发生，影响生产，增加了生产效率，减少了环境污染。
第2章空气除湿机机械部分的组成设计
由上可知，此空气除湿机由四部分组成，分别是：
压力提供装置；
空气的除湿、冷却降温装置；
热空气与冷空气交换装置；
冷空气的升温装置。
其中空气的除湿、冷却降温装置的组成类似，基本上都是由翅片管通过特殊连接构成
2．1压力提供装置
压力提供装置，在这主要是液体压缩机，通电后，压缩机工作，产生压力，把冷凝器中的氟利昂在压力的推动下，使其在蒸发器、压缩机和冷凝器之间产生一个循环系统。
在空气除湿机允许的工作范围内，压缩机的功率越大，氟利昂的流速越高，除湿与冷却降温的速度越快，效率越高。
所以在空气除湿机允许的条件下，要合理的选择压缩机的功率。
2．2空气的除湿、冷却降温装置与冷空气的升温装置
空气的除湿、冷却降温装置又叫做蒸发器，冷空气的升温装置又叫蒸汽加热器。
冷却器与蒸汽加热器的结构相似，所以在这重点讲解冷却器。
换热器按用途分类可分为：
（1）冷却器
冷却器是把流体冷却到必要的温度，但冷却流体没有发生相应的变化。
（2）加热器
加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相应的变化。
（3）预热器
预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
（4）过热器
过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。
（5）蒸发器
蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相应的
变化。
由此可见，冷却器是换热器的另一种形式，又或者直接程冷却器为换热器。
2．2.1冷却器的概述
冷却器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。
换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；
另一种流体则温度较低，吸收热量。
在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。
随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。
换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。
2．2．2冷却器的分类
冷却器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。
随着节能技术的飞速发展，冷却器的种类越来越多。
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的冷却器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：
（1）间壁式冷却器
间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。
因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。
间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。
（2）蓄热式冷却器
蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。
蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
（3）流体连接间接式冷却器
流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。
以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。
如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。
（4）混合式冷却器
混合式冷却器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。
由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。
例如，冷水塔、气体冷凝器等。
冷却器的具体情况在下一章阐述。
2.3热空气与冷空气交换装置
这个热冷空气交换器是由n各相同的304不锈钢管连接构成，热空气通过管内到达冷却器，由冷却器冷却后的冷空气通过热冷空气交换器的管外到达蒸汽加热器。
即热空气走管程，冷空气走壳程。
综上所述，空气除湿机的四大部分是相互关联的，却了任何一部分整个系统都不能正常的工作。
第3章空气除湿机的设计和计算
在空气除湿机的设计当中涉及到大量的计算，我们要用正确的计算方法来求解我们所需要的参数。
3.1除湿机的原理
被处理的空气经设备吸入后，先经空气过滤网过滤，然后在冷却的冷却器上降温除湿，将空气中多余水蒸汽冷凝为水，使空气含湿量减少，由于除湿的冷凝水带走了一部分湿热，使空气的温度随之降低，为了使空气温湿度适宜，除湿机特有的结构使除湿后的空气再经过蒸汽加热器加热升温，从而提高环境温度，使除湿机除湿效果大大提升。
3.2空气除湿机的材料选择
空气除湿机的各个部分作用不同，所以各个部分所用的材料也会不同。
列管冷却器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。
在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。
同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。
3.2.1底座及机壳的材料选择
由于，整个系统在工作时，会产生振动，会是影响系统的使用寿命，所以在选择的底座及机壳的材料具有以一定的吸振作用，故选择45刚。
3.2.2冷却器与空气加热器中翅片管的材料选择
在以往不管是冷却器还是换热器中的翅片管所选的材料大多都采用铜管、铝片。
采用这种翅片管有很大的缺点。
第一，铜和铝的抗腐蚀能力差，使用寿命短；
第二，铜和铝对灰尘有一定的吸附能力，机械在使用一段时间后，过多的灰尘会在形成垢状物，影响翅片管的传热能力。
使系统的精度降低。
所以在这个设计中，我选的材料为：
管为304不锈钢管，翅片选304不锈钢带。
他具有很强的耐腐蚀性，且轻巧，
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