原油預(yù)熱器設(shè)計(jì)

PAGEXXXXXXX學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程名：化工原理課程設(shè)計(jì)題：石油預(yù)熱器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工藝學(xué)生姓：xxxx班級(jí)：xxxxxxxx學(xué)號(hào)：xxxxxxxx指導(dǎo)教師姓：xxxx設(shè)計(jì)完成時(shí)：2014年12月12日第PAGEII頁(yè)本科生課程設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目：石油預(yù)熱器設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)條件：1、處理能力：餾分Ⅱ46000kg/h；石油56000kg/h；2、設(shè)備型式：標(biāo)準(zhǔn)列管換熱器；3、操作條件：1)原料油：入口溫度70℃，出口溫度110℃；餾分Ⅱ：入口溫度175℃；2)允許壓強(qiáng)降：管、殼程壓強(qiáng)降小于30kPa；4、物性參數(shù)：物性參數(shù)表流體t，℃ρ，kg/m3μ，mPa·s石油平均溫度8156.65餾分Ⅱ平均溫度7150.64流體Cp，kJ/（kg·℃）λ，W/（m·℃）r，kJ/kg石油2.20.128－餾分Ⅱ2.480.133－三、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)、折流板的規(guī)格和數(shù)量等；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、管殼程流體阻力校核。四、設(shè)計(jì)成果：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。五、設(shè)計(jì)時(shí)間一周。六、參考文獻(xiàn)[1]申迎華，郭曉剛．化工原理課程設(shè)計(jì)［Ｍ］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：[2]柴城敬．化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)［Ｍ］．天津：天津大學(xué)出版社，1999：[3]林大鈞，于傳浩，楊靜．化工制圖［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2007：[4]中國(guó)石化集團(tuán)．化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)［Ｍ］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：七、設(shè)計(jì)人：學(xué)號(hào)：xxxxxxxxxxx 姓名：xxxxx八、設(shè)計(jì)進(jìn)程：指導(dǎo)教師布置實(shí)踐題目0.5天設(shè)計(jì)方案確定0.5天工藝計(jì)算2.0天繪圖0.5天編寫(xiě)實(shí)踐說(shuō)明書(shū)1.0天答辯0.5天化學(xué)工程教研室2014年12月10日第3頁(yè)本科生課程設(shè)計(jì)目錄28425化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) I29822TOC\o"1-4"\u1概述 2229832估算傳熱面積 3161632.1熱流量 3114762.2平均傳熱溫差 3128322.3傳熱面積 3203選定換熱器的型號(hào) 4250563.1換熱器初步確定 4271223.2確定管數(shù)和管長(zhǎng) 4225423.3折流板 537573.4其他附件 5276873.5接管 58073.5.1殼程流體進(jìn)出口接管 5219013.5.2管程流體進(jìn)出口接管 5263903.6數(shù)據(jù)核算 5275144阻力損失的計(jì)算 7311714.1管程 7269424.2殼程 7178515傳熱計(jì)算 94255.1管程給熱系數(shù) 989955.2殼程給熱系數(shù) 988535.3傳熱系數(shù) 934705.4所需傳熱面積 945855.5換熱器裕度 929050設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 106028設(shè)計(jì)評(píng)述 11

TOC\o"1-4"\u1概述完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：1合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件2安全可靠3有利安裝、操作與維修4經(jīng)濟(jì)合理設(shè)計(jì)或選型時(shí)，如果幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一指標(biāo)尤為重要。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。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。本設(shè)計(jì)就是2估算傳熱面積2.1熱流量2.2平均傳熱溫差查表得2.3傳熱面積由于管程氣體壓力較高，故可選較大的總傳熱系數(shù)。有機(jī)溶劑和輕油間進(jìn)行換熱時(shí)的K大致為初步設(shè)定設(shè)則估算的傳熱面積

3選定換熱器的型號(hào)3.1換熱器初步確定由于兩流體之間溫差較大同時(shí)為了便于清洗殼程污垢，對(duì)于油品換熱器，以采用浮頭式列管換熱器為宜。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(shí)即可達(dá)到湍流，有利于提高其傳熱膜系數(shù)。采用折流擋板，可使作為被冷卻的原油易形成湍流，可以提高對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。3.2確定管數(shù)和管長(zhǎng)在決定管數(shù)和管長(zhǎng)時(shí)，首先要確定管內(nèi)的流速u(mài)i。柴油黏度小于1mPa·s為低黏油，查表得管內(nèi)流速范圍為0.8～1.8m·s-1。因管長(zhǎng)可能較大（管程數(shù)較多），取ui=1m·s-1。設(shè)所需單程管數(shù)為n，的管內(nèi)徑為0.02m，根據(jù)管內(nèi)體積流量解得 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為若選用4.5m長(zhǎng)的管，6管程，則一臺(tái)換熱器的總管數(shù)為根。查附錄十九得相近浮頭式換熱器的主要參數(shù)見(jiàn)表2-1表3-1初選浮頭式換熱器的主要參數(shù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D(DN)管程數(shù)管數(shù)中心排管數(shù)管程流通面積900mm6426160.0223管尺寸管長(zhǎng)l管排列方式管心距傳熱面積4.5正方形斜轉(zhuǎn)45°t=32mm145㎡3.3折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為H=0.25×900=225mm，故可取h=150mm。折流板間距一般在在0.2～1D之間。取折流板間距h＝300mm，則：折流板板數(shù)折流板圓缺面水平裝配。3.4其他附件直徑為12mm的拉桿6根。3.5接管3.5.1殼程流體進(jìn)出口接管取接殼內(nèi)液體流速圓整后取管3.5.2管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)液體流速圓整后取管內(nèi)直徑為3.6數(shù)據(jù)核算每程的管數(shù)，管程流通面積與查得的0.0233很好符合。傳熱面積比查得的145稍大，這是由于管長(zhǎng)的一部分需用于在管板上固定管子。應(yīng)以查得的A=145為準(zhǔn)。中心排管數(shù)，查得=16似乎太小，暫按下式計(jì)算3.7管子在管板上的排列Ф=900mm44mm32mm圖3Ф=900mm44mm32mm

4阻力損失的計(jì)算4.1管程流速雷諾數(shù)摩擦系數(shù)取鋼管絕對(duì)粗糙度相對(duì)粗糙度根據(jù)查表得。管內(nèi)阻力損失彎管阻力損失管程總損失4.2殼程取折流擋板間距0.3m計(jì)算截面積計(jì)算流速當(dāng)量直徑雷諾數(shù) 摩擦系數(shù)折流擋板數(shù)管束損失缺口損失殼程損失核算下來(lái)，管程及殼程的阻力損失都不超過(guò)30，適用。

5傳熱計(jì)算5.1管程給熱系數(shù)5.2殼程給熱系數(shù)現(xiàn)原油被加熱,大于1,可取1.05.5.3傳熱系數(shù) 5.4所需傳熱面積5.5換熱器裕度與換熱器列出的面積A=145.5㎡,有16.91%的裕度,從阻力損失和傳熱核算看,所選的換熱器適用.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總名稱(chēng)管程殼程換熱器型式浮頭式列管換熱器使用材料碳鋼碳鋼管子規(guī)格管數(shù)根426管長(zhǎng)mm4500管間距mm32中心排管數(shù)nc25管子排列方式正方形斜轉(zhuǎn)45°折流擋板型式弓形折流擋板間距mm300折流擋板切口高度25%殼體內(nèi)徑mm900程數(shù)61流通面積m20.02230.1傳熱面積m2145.5物料名稱(chēng)餾分Ⅱ石油操作溫度℃（進(jìn)/出）175/13270/110流量kg/h4600056000流速m/s0.8010.212熱負(fù)荷kw1369流體流動(dòng)形式逆流對(duì)流傳熱系數(shù)w/m2·k812.4332.1總傳熱系數(shù)w/m2·k186.8裕度16.91%壓力降Pa224674464.0設(shè)計(jì)評(píng)述設(shè)備使用常規(guī)的換熱管，采用大殼徑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格列管換熱器，換熱效果好，對(duì)動(dòng)力設(shè)備要求較低，而且采用浮頭式設(shè)計(jì)，便于設(shè)備的清理和維護(hù)。有效降低了操作的成本。有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)1]申迎華，郭曉剛．化工