化工原理課程設(shè)計(jì)原油預(yù)熱器的設(shè)計(jì)

1、16 化工原理課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 原油預(yù)熱器的設(shè)計(jì) 系 部： 生物醫(yī)藥與化學(xué)工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 環(huán)境工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 02 班 級(jí)：環(huán)境工程bg091班 指導(dǎo)教師姓名： 設(shè)計(jì)完成時(shí)間 ： 2012年1月10日 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1. 設(shè)計(jì)題目：原油預(yù)熱器的設(shè)計(jì)2. 設(shè)計(jì)條件：（1） 處理能力：柴油38000 kg/h；原油50000 kg/h；（2） 設(shè)備型式：列管換熱器；（3） 操作條件： 原油：入口溫度70，出口溫度110；柴油：入口溫度175； 允許壓強(qiáng)降：管程、殼程允許壓強(qiáng)降均不應(yīng)超過(guò)30kpa； （4） 物性參數(shù)： 物性流體溫度kg/m3mpascpkj/（

2、kg）w/（m）rkj/kg原油平均溫度8156.652.20.128柴油平均溫度7150.642.480.1333. 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：（1） 傳熱面積、換熱管根數(shù)；（2） 確定管束的排列方式、程數(shù)、擋板、隔板的規(guī)格和數(shù)量；（3） 殼體的內(nèi)徑；（4） 冷、熱流體進(jìn)、出口管徑；（5） 核算總傳熱系數(shù)；（6） 管殼、殼程程流體阻力校核。4. 設(shè)計(jì)成果：（1） 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。5. 設(shè)計(jì)時(shí)間：一周。6. 參考文獻(xiàn)姚玉英等 化工原理 天津大學(xué)出版社 1999.5柴城敬等 化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)天津大學(xué)出版社 1999.57. 設(shè)計(jì)人：學(xué)號(hào)：0311109103姓名：陳常滿(mǎn)8. 設(shè)計(jì)進(jìn)程指導(dǎo)教師布置設(shè)計(jì)題目

3、 0.5天設(shè)計(jì)方案確定 0.5天設(shè)計(jì)計(jì)算 2.0天編寫(xiě)實(shí)踐說(shuō)明書(shū) 1.0天答辯 1.0天 應(yīng)用化學(xué)教研室 2011年12月20日目 錄1 任務(wù)說(shuō)明書(shū)4 概述52 設(shè)計(jì)方案的確定62.1 計(jì)算熱負(fù)荷q及其他參數(shù)72.2 換熱器型號(hào)的選取83 總傳熱系數(shù)的核算93.1 管內(nèi)柴油的對(duì)流傳熱系數(shù)9 3.1.1 管內(nèi)各參數(shù)的確定 7 3.1.2 管內(nèi)柴油的對(duì)流傳熱系數(shù) 73.2 殼程原油的對(duì)流傳熱系數(shù)8 3.2.1 殼體內(nèi)徑 9 3.2.2 折流擋板10 3.2.3 其他參數(shù) 10 3.2.4 殼程原油的對(duì)流傳熱系數(shù) 113.3 接管 123.4 總傳熱系數(shù) 123.5 總傳熱面積及富裕量 124 阻力

4、的校核134.1 管程阻力的校核134.2 殼程阻力的校核135 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總146 參考文獻(xiàn) 141 任務(wù)書(shū)說(shuō)明 本課程設(shè)計(jì)是原油預(yù)熱器的設(shè)計(jì)。用柴油加熱原油。 設(shè)計(jì)條件：柴油：38000kg/h，入口溫度175 ；原油：50000kg/h，入口溫度70，出口溫度110；允許壓強(qiáng)降：管程、殼程允許壓強(qiáng)降均不超過(guò)30kpa。 物性參數(shù)：物性流體溫度kg/m3mpascpkj/（kg）w/（m）原油平均溫度8156.652.20.128柴油平均溫度7150.642.480.133 設(shè)備類(lèi)型選用列管式換熱器。 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：（1） 傳熱面積、換熱管根數(shù)；（2） 確定管束的排列方式、程數(shù)、擋板、隔板

5、的規(guī)格和數(shù)量；（3） 殼體的內(nèi)徑；（4） 冷、熱流體進(jìn)、出口管徑；（5） 核算總傳熱系數(shù)；（6） 管殼、殼程程流體阻力校核。 概述：列管式換熱器是目前化工生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱(chēng)之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱(chēng)為殼程列管式換熱器。浮頭式換熱器：換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋，稱(chēng)之為“浮

6、頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高（比固定管板高20%），在運(yùn)行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。2 設(shè)計(jì)方案的確定2.1 計(jì)算熱負(fù)荷q及其他參數(shù)根據(jù)任務(wù)書(shū)中的說(shuō)明，計(jì)算傳熱任務(wù)，考慮5%的熱損失，則： 冷流 （2.1.1） =1.0550000 kg/h2.2 kj/(kg）（11070） =4.62106 kj/h = 1.28106 w柴油的出口溫度，由熱量衡算求得：

7、 （2.1.2） = 17549 = 126 q柴=38000kg/h = 53.15 m3/h q原=50000kg/h = 61.35m3/h 逆流時(shí)的平均傳熱溫差： 柴油：175126；原油：11070 （2.1.3） 由于殼程中裝有折流擋板，其換熱器的實(shí)際平均傳熱溫差應(yīng)當(dāng)在逆流平均溫差的基礎(chǔ)上，進(jìn)行如下校正： 參數(shù)： （2.1.4） （2.1.5） 根據(jù)式（2.1.4）和（2.1.5）查化工原理（第二版）第228頁(yè)圖4-33(a)得： 溫差校正系數(shù)t =0.91，故平均傳熱溫差為： （2.1.6）由于計(jì)算傳熱面積s需要知道總傳熱系數(shù)k，而傳熱面積不確定的情況下，換熱器結(jié)構(gòu)也無(wú)法確定，因

8、此，實(shí)際的總傳熱系數(shù)k也無(wú)法知道。所以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中不同種類(lèi)流體間換熱的總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，初選一個(gè)總傳熱系數(shù)。參照化工原理（第二版）第223頁(yè)表4-6得，初選k 值為220wm-2-1，則： (2.1.7) 2.2 換熱器型號(hào)的選取由于冷、熱流體溫差較大，同時(shí)為了便于拆卸清洗，所以我們選用浮頭式列管換熱器為宜。所用的換熱管規(guī)格為25mm2.5mm。原油黏度大，在裝有折流擋板的殼程中流動(dòng)有利于提高湍流，增大傳熱系數(shù)。柴油溫度高，走管程可減少熱損失。若選用6m長(zhǎng)的管子，則所需的總管數(shù)為： （2.2.1） 為了保證管內(nèi)對(duì)流傳熱效果，同時(shí)兼顧管內(nèi)流體阻力，應(yīng)選擇一個(gè)適宜的管內(nèi)流速， 參照化工原理（第

9、二版）第247頁(yè)表4-8得，最大流速不超過(guò)2.4。取柴油在管內(nèi)的流速為0.8m/s，管內(nèi)未分程前，管中流體的流速為： （2.2.2） 則管程數(shù)為： （2.2.3） 取整數(shù)n = 4 ，為4個(gè)管程。每管程的管子數(shù)為 根據(jù)初步計(jì)算結(jié)果：傳熱面積105.88m2，總管數(shù)225跟，4管程，管長(zhǎng)6m，查化工原理（第二版）附錄十三換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初選浮頭式換熱器型號(hào)為：bes7001.61206/254。該浮頭式換熱器殼體直徑700mm，換熱面積120m2，公稱(chēng)壓力1.6mpa，總管數(shù)256根，4管程，每管程的管子數(shù)為64根。3 總傳熱系數(shù)的核算3.1 管內(nèi)柴油的對(duì)流傳熱系數(shù)3.1.1 管內(nèi)各參數(shù)的確定柴

10、油在管內(nèi)的流速，根據(jù)式（2.2.2）得： （3.1.1） （3.1.2）3.1.2 管內(nèi)柴油的對(duì)流傳熱系數(shù) （3.1.3） 3.2 殼程原油的對(duì)流傳熱系數(shù)3.2.1 殼體內(nèi)徑取管心距 隔板中心到離其最近一排管的中心距離：各程管相鄰管的管心距為44mm則殼體內(nèi)徑，采用多管程結(jié)構(gòu)，進(jìn)行殼體內(nèi)徑估算，取管板利用率=0.85，則殼體內(nèi)徑： （3.2.1） 取內(nèi)徑di = 600 mm3.2.2 折流擋板折流擋板的間距h取殼體內(nèi)徑的0.21.0倍，在這里取0.4倍。 管子呈正方形錯(cuò)列。則折流擋板的個(gè)數(shù)為： （3.2.2）3.2.3 其他參數(shù)殼程流通面積為： （3.2.3） 原油的流速： （3.2.4）則

11、當(dāng)量直徑為： （3.2.5） （3.2.6） （3.2.7）3.2.4 殼程原油的對(duì)流傳熱系數(shù) 由于re 2000，并且殼程有折流擋板，對(duì)流傳熱系數(shù)不能用式（3.1.3）的方法計(jì)算，根據(jù)參照化工原理（第二版）第195頁(yè)圖4-20得： （3.2.8）同時(shí)，由于流體被加熱，取，則： (3.2.9) 3.3 接管殼程流體進(jìn)出口接管，內(nèi)徑為： （3.3.1） 取整后可取殼程進(jìn)出口內(nèi)徑為 220mm。 管程流體進(jìn)出口接管，內(nèi)徑為： （3.3.2） 取整后可取管程進(jìn)出口內(nèi)徑為 160mm。3.4 總傳熱系數(shù) 兩油料的污垢熱阻可忽略，并且采用鋼管，則導(dǎo)熱系數(shù)為 45wm-1-1 。 （3.4.1） 則總換熱

12、系數(shù)k為： （3.4.2） 3.5 總傳熱面積及富裕量根據(jù)核算得到的總傳熱系數(shù)，計(jì)算總傳熱面積： （3.5.1）與前面初選值基本相符，并且還有 的富裕量。4 阻力的校核4.1 管程阻力校核 當(dāng)re=16300 時(shí)，直管阻力為： （4.1.1） 各管程折向和進(jìn)出口阻力為： （4.1.2）殼程數(shù)ns = 1 管程數(shù)np = 4 則管程總阻力為： （4.1.3）4.2 殼程阻力校核殼程阻力系數(shù)：，根據(jù)式（3.2.2）得nb=25，則殼程阻力為： （4.2.1） 所以，管程和殼程流體阻力均未超過(guò)30kpa，因此選用浮頭式換熱器bes7001.61206/254滿(mǎn)足工藝要求。結(jié)果匯總1 傳熱面積為120m2 換熱管根數(shù)為256根；管程為4；每程64根。2 管子呈正方形錯(cuò)列；折流擋板間距為0.