化工原理設(shè)計原油換熱器

1、化工原理課程設(shè)計題目:原油加熱器固定式換熱器指導教師:李先生院士職 稱:國家特級院士班 級:高分子材料與工程系學 號:學生姓名：目錄一.緒論3二、設(shè) 計 條 件 及 主 要 物 性 參數(shù) 41 、設(shè)計條件 42 、定性溫度的確疋4.確疋設(shè)計方案51、選擇換熱器的類型52、流程安排5四.估算算傳熱面積 51、熱流量 52、平均傳熱溫差53、傳熱面積 5五工程結(jié)構(gòu)尺寸 61、管徑和管內(nèi)流速 62、管程數(shù)和傳熱管數(shù) 63、平均傳熱溫差校正及殼數(shù) 64、傳熱管的排列和分程方法75、折流板 7六、換熱器核 81、殼程傳熱系數(shù)82、管程傳熱系數(shù)83 、 污 垢 熱 阻 和 管 壁 熱阻94、總傳熱系數(shù)K

2、105、傳熱面積裕度 107、管程流動阻力 118、殼程流動阻力 11七、設(shè)計計算結(jié)果匯總12一、緒論1. 加熱器簡介. 固定管板式 固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當兩流體的溫度差較大時，在 外殼的適當位置上焊上一個補償圈（或膨脹節(jié)） 。當殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈 發(fā)生緩慢的彈性變形來補償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉， 殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料 。形管式U形管式換熱器每根管子均彎成U形，流體進、出口分別安裝在同一端的兩側(cè)，封頭內(nèi)用隔板分成兩室， 每根管子可自由伸縮， 來解決熱補償問題。特點：結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場合

3、。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢 的物料。.浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮 頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。特點：結(jié)構(gòu)復雜、造價高，便于清洗和檢修，完全消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。本實驗采用的是浮頭式加熱器，包括輸油管，輸油管上套有密閉的外殼，外殼的一段管道上設(shè)有加熱體，該加熱體用固定卡固定在外殼表面上，所述外殼的外表面上 包覆有保溫層。本實用新型具有傳熱速度快、均溫性好的特點，避免了在輸送過程中 熱損失大而導致油品凝固難以輸送的問題。2.設(shè)計目的培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識完成某項單元 操作設(shè)備設(shè)計的

4、實踐操作能力。設(shè)計的設(shè)備必學在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是合理的， 操作上是安全的，環(huán)境上是友好的。二、設(shè)計條件及主要物性參數(shù)設(shè)計條件由設(shè)計任務(wù)書可得設(shè)計條件如下表：參數(shù)體積流量進口溫度出口溫度設(shè)計壓力類型（標準t/h）C)(C)(Kpa)柴油3417580原油337011080項目密度p(kg/m3)比熱Cp(kJ/kg?C)導熱系數(shù)（W/rn?C）黏度卩（Pa?s）柴油71510 3原油81510 3.定性溫度的確定Wc:原油流量（kg/h） Wh:柴油流量（kg/h） C pc：原油比熱容CPh:柴油比熱容 t 1, t2:原油的出、進口溫度T1、T2:柴油的進、出口溫度根據(jù)夏清陳常貴化工原

5、理(上)P225,公式(4-33),熱流量為Qc = W Gc(t i -12)=33 000XX( 110- 70) /=806667 W柴油出口溫度：Q = Qc = Wh CPh (Ti-T2)806667=34000XX( 175-T2) /T 2= C可取流體進出口溫度的平均值。管程柴油的定性溫度T= (175+) / 2=157.5 C殼程原油的定性溫度為t=(70+110) / 2=90C三、確定設(shè)計方案選擇換熱器的類型由設(shè)計任務(wù)選擇固定管板式換熱器。流程安排柴油溫度高，走管程可減少熱損失，原油黏度較大，走殼程在較低的Re數(shù)時即可達到湍流，有利于提高其傳熱膜系數(shù)。四、估算傳熱面積

6、熱流量平均傳熱溫差根據(jù)化工原理課程設(shè)計P47,公式(3-9)tm =( t2) (T2 切=(175 110) (140.5 70)2 2傳熱面積2根據(jù)夏清 陳常貴 化工原理(上)P356表，初步設(shè)定K=160W-m- -C根據(jù)化工原理課程設(shè)計P47,公式(3-5)五工程結(jié)構(gòu)尺寸管徑和管內(nèi)流速選用 25X 2.5mm的傳熱管（碳鋼管）。管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)估算的傳熱面積，然后查JB1145-73得:公稱直徑 D（mm管程數(shù)管數(shù)管長（mm管程流通面積（m2 ）50021686000傳熱面積A=m2外徑D=500mm管程N=2單程傳熱管數(shù)n=168管程流通面積Si =m2該換熱器型號為G500D平

7、均傳熱溫差校正及殼程數(shù)根據(jù)化工原理課程設(shè)計P47,公式（3-12）平均傳熱溫差校正系數(shù)Ti T2175 140.5R=t2 ti110 70f t2 t111070pjT1 t1175 70根據(jù)夏清陳常貴化工原理（上）P231，公式（4-46）平均傳熱差校正為AtF t Xt m =X =（ C ）由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適傳熱管的排列和分程方法采用正三角形排列法，則管間距t=32mm折流板采用弓形折流板，取折流板間距B=400 mm折流板數(shù)傳熱管長折流板間距仁型0 仁14塊400折流板圓缺面水平裝配。接管（1）殼程流體進出口接管取接管內(nèi)液體流速u1=1

8、.0m/s,D 4v 4 33000/（3600 815）1: m ：3.14 1圓整后取管內(nèi)直徑為120mm.（2）管程流體進出口接管取接管內(nèi)液體流速u2=s,圓整后取管內(nèi)直徑為130mm六換熱器核算總傳熱系數(shù)核算6.1.1殼程傳熱系數(shù)根據(jù)夏清陳常貴化工原理（上）P253,公式94-77a） 得036 淪551/3/ 卩0 x 0.14Pr (一)卩w其中: 粘度校正為（b）0.14w當量直徑，管子為正方形旋轉(zhuǎn)450形排列時,根據(jù)化工原理（上）P253,公式（4-78 ）吐 0.025 243.14 0.025324(t2 d2o)432 10 3de =do 殼程流通截面積，根據(jù)化工原理（

9、上）P253,公式（4-80），得A = BD（1 do）= XX（ 1- 0025）t0.032式中 B 兩擋板間距離，mD換熱器間的外殼內(nèi)徑，mUo Vo : Ao_ 33000/(3600 815) _ m/s0.044PoUode% 殼程原油的流速及其雷諾數(shù)分別為Reo=815 26 3027 = 8606.65 10 3 普朗特準數(shù)（ 傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計P26,公式1-43）Pr = Cpo oo33=2.2 106.65 100.128i因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)0為0.36 “Rede0.551/3 / 卩。0.14Pr (一)卩w0.128= 0.36 -0.0278600.5

10、51114.330.92=308W/(mC)6.1.2管程傳熱系數(shù)根據(jù)夏清陳常貴化工原理（上）P248，公式（4-70a ）得i =丄其中:di 管程流通截面積S i = 管程柴油的流速及其雷諾數(shù)分別為Vj _ 34000/(3600 715) 一-Ui = m/sSi0.0264Re=PiUjdi0.02 0.5 715111720.64 10 普蘭特準數(shù)Pr 1 =248 103 64 1030.133+ Ro +a。+ +3080.0025 0.02550 0.0225+ 0.000340.0250.020因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù) i為i二XX 爛6.1.3污垢熱阻和管壁熱阻0.02查

11、閱夏清 陳常貴 化工原理（上）P354,附錄表20,得原油側(cè)的熱阻Ro=CW 一1柴油側(cè)的熱阻R =CW-1查閱化工原理（上）P354,附錄表13,得碳鋼的導熱系數(shù) 入二50W-m-1 C -16.1.4總傳熱系數(shù)K因此，查夏清 陳常貴化工原理（上）P227,公式（4-40）bdodo do十 Rsi十dmdiaidi100% =+0.025714 0.02解得：K 172W/ (m2 C)b:管壁的厚度d0:管的外徑dm:管的平均直徑 di:管的內(nèi)徑6.1.5傳熱面積裕度根據(jù)化工原理課程設(shè)計P47,公式（3-5）S Q/( Ki t m)806667172 67.8該換熱器的實際傳熱面積 S

12、pSp= dolNT =xx 6X 168=依化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計P76,公式3-36該換熱器的面積裕度為SpSiSi79.169.269.2=%傳熱面積裕度合適。該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)換熱器內(nèi)流體的流動阻力（壓降）6.2.1管程流動阻力mm，內(nèi)徑 di 20mm由Re=11172,傳熱管相對粗超度為流速u=s.相對粗糙度 0010.0005di 20查夏清陳常貴化工原理（上）P54莫狄圖得0.034Pi0.03460.022715 0.52912 (pa)Pr2 2u c 715 0.53 -2 2268 (pa)總壓降：刀Ap i =（Ap 汁Ap?） Ft N Np=（912+2

13、68）XX 1X 2= 80KPa （符合設(shè)計要求）其中，F(xiàn)t為結(jié)垢校正系數(shù)，??；N為串聯(lián)殼程數(shù)，取1; N為管程數(shù)，取2。6.2.2殼程流動阻力:根據(jù)化工原理（上）P284,公式（4-124 ）、（4-125）得流體橫過管束的壓降：其中：F=f O=X =N=14 P1=XX 16X(14+1) X (815 X /2 = 2823Pa p2 = Nb (-空)D 2=14 X( - 2 0.400 ) X (815 X /2 = 733 Pa 0.500總壓降：刀App1 + p2)Fs Ns=(2823 + 733)XX1= 80Kpa其中，F(xiàn)s為殼程壓強降的校正系數(shù)，對于液體??；Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。設(shè)計計算結(jié)果匯總表換熱器的工藝計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要結(jié)果和主要尺寸匯總于下表質(zhì)量流量/(kg/h)34000330