化工原理课程设计原油预热器的设计

1、 化工原理课程设计 课程设计题目： 原油预热器的设计 系 部： 生物医药与化学工程学院 专 业： 环境工程 学 生 姓 名： 学 号： 02 班 级：环境工程bg091班 指导教师姓名： 设计完成时间 ： 2012年1月10日 化工原理课程设计任务书1. 设计题目：原油预热器的设计2. 设计条件：（1） 处理能力：柴油38000 kg/h；原油50000 kg/h；（2） 设备型式：列管换热器；（3） 操作条件： 原油：入口温度70，出口温度110；柴油：入口温度175； 允许压强降：管程、壳程允许压强降均不应超过30kpa； （4） 物性参数： 物性流体温度kg/m3mpascpkj/（kg

2、）w/（m）rkj/kg原油平均温度8156.652.20.128柴油平均温度7150.642.480.1333. 设计计算内容：（1） 传热面积、换热管根数；（2） 确定管束的排列方式、程数、挡板、隔板的规格和数量；（3） 壳体的内径；（4） 冷、热流体进、出口管径；（5） 核算总传热系数；（6） 管壳、壳程程流体阻力校核。4. 设计成果：（1） 设计说明书一份。5. 设计时间：一周。6. 参考文献姚玉英等 化工原理 天津大学出版社 1999.5柴城敬等 化工原理课程设计指导天津大学出版社 1999.57. 设计人：学号：0311109103姓名：陈常满8. 设计进程指导教师布置设计题目 0

3、.5天设计方案确定 0.5天设计计算 2.0天编写实践说明书 1.0天答辩 1.0天 应用化学教研室 2011年12月20日目 录1 任务说明书4 概述52 设计方案的确定62.1 计算热负荷q及其他参数72.2 换热器型号的选取83 总传热系数的核算93.1 管内柴油的对流传热系数9 3.1.1 管内各参数的确定 7 3.1.2 管内柴油的对流传热系数 73.2 壳程原油的对流传热系数8 3.2.1 壳体内径 9 3.2.2 折流挡板10 3.2.3 其他参数 10 3.2.4 壳程原油的对流传热系数 113.3 接管 123.4 总传热系数 123.5 总传热面积及富裕量 124 阻力的校

4、核134.1 管程阻力的校核134.2 壳程阻力的校核135 设计结果汇总146 参考文献 141 任务书说明 本课程设计是原油预热器的设计。用柴油加热原油。 设计条件：柴油：38000kg/h，入口温度175 ；原油：50000kg/h，入口温度70，出口温度110；允许压强降：管程、壳程允许压强降均不超过30kpa。 物性参数：物性流体温度kg/m3mpascpkj/（kg）w/（m）原油平均温度8156.652.20.128柴油平均温度7150.642.480.133 设备类型选用列管式换热器。 设计计算内容：（1） 传热面积、换热管根数；（2） 确定管束的排列方式、程数、挡板、隔板的规

5、格和数量；（3） 壳体的内径；（4） 冷、热流体进、出口管径；（5） 核算总传热系数；（6） 管壳、壳程程流体阻力校核。 概述：列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。浮头式换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”

6、，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。2 设计方案的确定2.1 计算热负荷q及其他参数根据任务书中的说明，计算传热任务，考虑5%的热损失，则： 冷流 （2.1.1） =1.0550000 kg/h2.2 kj/(kg）（11070） =4.62106 kj/h = 1.28106 w柴油的出口温度，由热量衡算求得： （

7、2.1.2） = 17549 = 126 q柴=38000kg/h = 53.15 m3/h q原=50000kg/h = 61.35m3/h 逆流时的平均传热温差： 柴油：175126；原油：11070 （2.1.3） 由于壳程中装有折流挡板，其换热器的实际平均传热温差应当在逆流平均温差的基础上，进行如下校正： 参数： （2.1.4） （2.1.5） 根据式（2.1.4）和（2.1.5）查化工原理（第二版）第228页图4-33(a)得： 温差校正系数t =0.91，故平均传热温差为： （2.1.6）由于计算传热面积s需要知道总传热系数k，而传热面积不确定的情况下，换热器结构也无法确定，因此，

8、实际的总传热系数k也无法知道。所以根据生产实践中不同种类流体间换热的总传热系数的经验值，初选一个总传热系数。参照化工原理（第二版）第223页表4-6得，初选k 值为220wm-2-1，则： (2.1.7) 2.2 换热器型号的选取由于冷、热流体温差较大，同时为了便于拆卸清洗，所以我们选用浮头式列管换热器为宜。所用的换热管规格为25mm2.5mm。原油黏度大，在装有折流挡板的壳程中流动有利于提高湍流，增大传热系数。柴油温度高，走管程可减少热损失。若选用6m长的管子，则所需的总管数为： （2.2.1） 为了保证管内对流传热效果，同时兼顾管内流体阻力，应选择一个适宜的管内流速， 参照化工原理（第二版

9、）第247页表4-8得，最大流速不超过2.4。取柴油在管内的流速为0.8m/s，管内未分程前，管中流体的流速为： （2.2.2） 则管程数为： （2.2.3） 取整数n = 4 ，为4个管程。每管程的管子数为 根据初步计算结果：传热面积105.88m2，总管数225跟，4管程，管长6m，查化工原理（第二版）附录十三换热器系列标准，初选浮头式换热器型号为：bes7001.61206/254。该浮头式换热器壳体直径700mm，换热面积120m2，公称压力1.6mpa，总管数256根，4管程，每管程的管子数为64根。待添加的隐藏文字内容33 总传热系数的核算3.1 管内柴油的对流传热系数3.1.1

10、管内各参数的确定柴油在管内的流速，根据式（2.2.2）得： （3.1.1） （3.1.2）3.1.2 管内柴油的对流传热系数 （3.1.3） 3.2 壳程原油的对流传热系数3.2.1 壳体内径取管心距 隔板中心到离其最近一排管的中心距离：各程管相邻管的管心距为44mm则壳体内径，采用多管程结构，进行壳体内径估算，取管板利用率=0.85，则壳体内径： （3.2.1） 取内径di = 600 mm3.2.2 折流挡板折流挡板的间距h取壳体内径的0.21.0倍，在这里取0.4倍。 管子呈正方形错列。则折流挡板的个数为： （3.2.2）3.2.3 其他参数壳程流通面积为： （3.2.3） 原油的流速：

11、 （3.2.4）则当量直径为： （3.2.5） （3.2.6） （3.2.7）3.2.4 壳程原油的对流传热系数 由于re 2000，并且壳程有折流挡板，对流传热系数不能用式（3.1.3）的方法计算，根据参照化工原理（第二版）第195页图4-20得： （3.2.8）同时，由于流体被加热，取，则： (3.2.9) 3.3 接管壳程流体进出口接管，内径为： （3.3.1） 取整后可取壳程进出口内径为 220mm。 管程流体进出口接管，内径为： （3.3.2） 取整后可取管程进出口内径为 160mm。3.4 总传热系数 两油料的污垢热阻可忽略，并且采用钢管，则导热系数为 45wm-1-1 。 （3.

12、4.1） 则总换热系数k为： （3.4.2） 3.5 总传热面积及富裕量根据核算得到的总传热系数，计算总传热面积： （3.5.1）与前面初选值基本相符，并且还有 的富裕量。4 阻力的校核4.1 管程阻力校核 当re=16300 时，直管阻力为： （4.1.1） 各管程折向和进出口阻力为： （4.1.2）壳程数ns = 1 管程数np = 4 则管程总阻力为： （4.1.3）4.2 壳程阻力校核壳程阻力系数：，根据式（3.2.2）得nb=25，则壳程阻力为： （4.2.1） 所以，管程和壳程流体阻力均未超过30kpa，因此选用浮头式换热器bes7001.61206/254满足工艺要求。结果汇总1 传热面积为120m2 换热管根数为256根；管程为4；每程64根。2 管子呈正方形错列；折流挡板间距为0