化工原理設(shè)計原油換熱器

1、化工原理課程設(shè)計題目:原油加熱器一一固定式換熱器指導(dǎo)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(xué)號:學(xué)生姓名：目錄一.緒論3二、設(shè)計條件及主要物性參數(shù)4、設(shè)計條件、定性溫度的確定4三確定設(shè)計方案51、選擇換熱器的類型52、流程安排5四.估算傳熱面積51、熱流52、平均傳熱溫1、管徑和管內(nèi)流2、管程數(shù)和傳熱管3、平均傳熱溫差校正及殼4、傳熱管的排列和分程方6 、接7六、換熱器核81、殼程傳熱系數(shù)82、管程傳熱系數(shù)8、污垢熱阻和管壁熱阻9、總傳熱系數(shù)K10、傳熱面積裕度10、管程流動阻力11、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

2、兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個補(bǔ)償圈（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，殼程活洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。1.1. U形管式U形管式換熱器每根管子均彎成U形，流體進(jìn)、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(bǔ)償問題。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用丁高溫和高壓的場合。管程活洗困難，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

3、除了溫差應(yīng)力。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，便丁活洗和檢修，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(diǎn)，避免了在輸送過程中熱損失大而導(dǎo)致油品凝固難以輸送的問題。2.設(shè)計目的培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)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)計的實踐操作能力。設(shè)計的設(shè)備必學(xué)在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)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)2.1設(shè)計條件由設(shè)計任務(wù)書可得設(shè)計條件如下表：體

4、積流量進(jìn)口溫度出口溫度設(shè)計壓力Wc:原油流量（kg/h）Wh:柴油流量（kg/h）Cpc：原油比熱容Cph:柴油比熱容t1,t2:原油的出、進(jìn)口溫度T1、T2:柴油的進(jìn)、出口溫度根據(jù)夏活陳常貴化工原理（上）P225,公式（4-33）,熱流量為Qc=WGc（ti12）=33000X2.2X（11070）/3.6=806667W柴油出口溫度：Q=Qc=WhCph（Ti-T2）806667=34000X2.48X(175T2)/3.6T2=140.5C可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。管程柴油的定性溫度T=(175+140.5)/2=157.5C殼程原油的定性溫度為t=(70+110)/2=90C三、確定

5、設(shè)計方案3.1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。3.2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(dá)到湍流，有利丁提高其傳熱膜系數(shù)。四、估算傳熱面積4.1熱流量4.2平均傳熱溫差根據(jù)化工原理課程設(shè)計P47,公式(3-9)t=(t2)(T2tQ=(175110)(140.570)=67.84.3傳熱面積根據(jù)夏活陳常貴化工原理(上)P356表，初步設(shè)定K=160Wm-2-C-1。五. 根據(jù)化工原理課程設(shè)計P47,公式（3-5）工程結(jié)構(gòu)尺寸5.1管徑和管內(nèi)流速選用425x2.5mm的傳熱管（碳鋼管）。5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)估算的傳熱面積，然后查J

6、B1145-73得:公稱宜徑D（mm管程數(shù)管數(shù)管長(mm管程流通面積（m2）500216860000.0264傳熱面積A=77.9m2外徑D=500mm管程N(yùn)=2單程傳熱管數(shù)n=168管程流通面積Sj=0.0264m2該換熱器型號為G500皿-2.5-805.3平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)R=t2匕1751405=0.8611070P=t2&PT1t111070=0.38117570根據(jù)夏活陳常貴化工原理（上）P231,公式（4-46）平均傳熱差校正為tm=txztm=67.8X0.95=64.4(C)由丁平均傳熱溫差校正系數(shù)大丁0.

7、8,同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適5.4傳熱管的排列和分程方法采用正三角形排列法，則管問距t=32mm5.5折流板采用弓形折流板，取折流板間距B=400mm折流板數(shù)Nb=傳熱管長折流板間距6000-1=1=14塊400折流板圓缺面水平裝配。5.6接管(1)殼程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)液體流速u1=1.0m/s,Di4V433000/(3600815)=119.2mm.山i3.141圓整后取管內(nèi)直徑為120mm.(2)管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)液體流速u2=1.5m/s,圓整后取管內(nèi)直徑為130mm換熱器核算6.1總傳熱系數(shù)核算6.1.1殼程傳熱系數(shù)根據(jù)夏活陳常貴化工原理(上)P253,公式

8、94-77a)得0=0.36Re0.55Pr1/3(芻0.140deMw其中：粘度校正為(土)0.14=0.92Mw當(dāng)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）cc323.1424（t2d2。）432100.025dedo3.140.0250.027殼程流通截面積，根據(jù)化工原理（上）P253,公式（4-80）,得Ao=BD（1一也）=0.400X0.500X（1225）=0.044m2t0.032式中B一兩擋板間距離，mD一換熱器間的外殼內(nèi)徑，m殼程原油的流速及其雷諾數(shù)分別為V。33000/（3600815）uo=0.26m/sAo0.044cPouo

9、de8150.260.0276.65103Reo=ooe=；=860普朗特準(zhǔn)數(shù)（傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計P26,公式1-43）-33Cpoo2.2106.6510Pr=114.30.128因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)。為o=0.36Re055Pr1/3()0.140ddeMw1=0.360128860055114.330.92=308W/(nVC)0.0276.1.2管程傳熱系數(shù)根據(jù)夏活陳常貴化工原理(上)P248，公式(4-70a)得i=0.023Re0.8Pr0-l其中：di管程流通截面積Si=0.0264宿管程柴油的流速及其雷諾數(shù)分別為Ui=Vl=34000/(3600715)=0.5m/sSi

10、0.02640.64103Re=型匹=0.02.5715=11172普蘭特準(zhǔn)數(shù)Cpii2.481030.641030.133Pr=11.93因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)i為i=0.023X111720.8X11.930.4X0133=714W/(m-C)0.026.1.3污垢熱阻和管壁熱阻查閱夏活陳常貴化工原理（上）P354,附錄表20,得原油側(cè)的熱阻Ro=0.00034mC柴油側(cè)的熱阻Ri=0.00034m-解得：K=172W/(mC)b:管壁的厚度d0:管的外徑dm:管的平均直徑di: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）=Q/(KiAtn)=806667=69.2

11、m217267.8該換熱器的實際傳熱面積Sp2Sp=dolNT=3.14X0.025X6x168=79.1mC礦查閱化工原理（上）P354,附錄表13,得碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入=50Wm1C16.1.4總傳熱系數(shù)K因此，查夏活陳常貴化工原理（上）P227,公式（4-40）上=-1+Ro+性+Rsido+蟲Kaodmdiaidi10.00250.0250.0250.020=+0.00034+50o0225+0.00034+0.025管的內(nèi)徑7140.02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H100%=7%廣2=14.3%傳熱面積裕度合適。該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。6.2

12、換熱器內(nèi)流體的流動阻力（壓降）6.2.1管程流動阻力由氏=11172,傳熱管相對粗超度為0.01mm,內(nèi)徑輔20mm流速u=0.5m/s,相對粗糙度di0010.000520查夏活陳常貴化工原理（上）P54莫狄圖得i0.0346Pi0.034一一_27150.5/、912(pa)0.0222_,_._2u7150.5Prc322268(pa)總壓降：?=(p1+Ap2)FtMNp=(912+268)X1.4X1X2=3.3KPa80KPa(符合設(shè)計要求)其中，F(xiàn)t為結(jié)垢校正系數(shù)，取1.4;NS為申聯(lián)殼程數(shù)，取1;NP為管程數(shù)，取26.2.2殼程流動阻力：根據(jù)化工原理（上）P284,公式（4-1

13、24）、（4-125）得流體橫過管束的壓降：其中：F=0.4fo=5.0X860-0.228=1.07N=14Uo=0.26m/s-2_p1=0.4X1.07X16X(14+1)X(815X0.26)/2=2823Pap2=NB(3.52B)-Uo-D2=14X(3.520.400)X(815X0.262)/2=733Pa0.500總壓降：EApo=(pi+Ap2)FsNs=（2823+733）X1.1XI=3.91Kpa80Kpa其中，F(xiàn)s為殼程壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對丁液體取1.1;Ns為申聯(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)果和主要尺寸匯總丁下表質(zhì)量流量/(kg/h)3400033000進(jìn)/出口溫度/C175/140.5110/70操作壓力/kPa物性參數(shù)定性溫度/C1513.913至度/(kg/m)71581