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

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目： 原油預(yù)熱器的設(shè)計(jì) </p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目：</b></p><p><b>　　原油預(yù)熱器的設(shè)計(jì)</b><

2、;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件：</b></p><p>　　處理能力：柴油38000 kg/h；原油50000 kg/h；</p><p>　　設(shè)備型式：列管換熱器；</p><p><b>　　操作條件：</b></p><p>　　原油：入口溫度70℃，出口溫度110

3、℃；柴油：入口溫度175℃；</p><p>　　允許壓強(qiáng)降：管程、殼程允許壓強(qiáng)降均不應(yīng)超過(guò)30kPa； </p><p><b>　　物性參數(shù)：</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：</b></p><p>　　傳熱面積、換熱管根數(shù)；</p><p>　　確定

4、管束的排列方式、程數(shù)、擋板、隔板的規(guī)格和數(shù)量；</p><p><b>　　殼體的內(nèi)徑；</b></p><p>　　冷、熱流體進(jìn)、出口管徑；</p><p><b>　　核算總傳熱系數(shù)；</b></p><p>　　管殼、殼程程流體阻力校核。</p><p><b&g

5、t;　　設(shè)計(jì)成果：</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：</b></p><p><b>　　一周。</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>&

6、lt;p>　　姚玉英等 《化工原理》 天津大學(xué)出版社 1999.5</p><p>　　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 1999.5</p><p><b>　　設(shè)計(jì)人：</b></p><p>　　學(xué)號(hào)：0311109103</p><p><b>　　姓名：陳常滿</b&

7、gt;</p><p><b>　　設(shè)計(jì)進(jìn)程</b></p><p>　　指導(dǎo)教師布置設(shè)計(jì)題目 0.5天</p><p>　　設(shè)計(jì)方案確定 0.5天</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算 2.0天</p><p>　　編寫實(shí)踐說(shuō)明書(shū) 1.0天&l

8、t;/p><p>　　答辯 1.0天</p><p><b>　　應(yīng)用化學(xué)教研室</b></p><p>　　2011年12月20日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 任務(wù)說(shuō)明書(shū)4</

9、b></p><p>　　概述……………………………………………………………………………………………5</p><p>　　2 設(shè)計(jì)方案的確定6</p><p>　　2.1 計(jì)算熱負(fù)荷Q及其他參數(shù)7</p><p>　　2.2 換熱器型號(hào)的選取8</p><p>　　3 總傳熱系數(shù)的核算9</p&g

10、t;<p>　　3.1 管內(nèi)柴油的對(duì)流傳熱系數(shù)………………………………………………………………9</p><p>　　3.1.1 管內(nèi)各參數(shù)的確定 ………………………………………………………………7</p><p>　　3.1.2 管內(nèi)柴油的對(duì)流傳熱系數(shù) ………………………………………………………7</p><p>　　3.2 殼程原油的對(duì)流傳熱系

11、數(shù)………………………………………………………………8</p><p>　　3.2.1 殼體內(nèi)徑 …………………………………………………………………………9</p><p>　　3.2.2 折流擋板…………………………………………………………………………10</p><p>　　3.2.3 其他參數(shù) …………………………………………………………………………10<

12、/p><p>　　3.2.4 殼程原油的對(duì)流傳熱系數(shù) ………………………………………………………11</p><p>　　3.3 接管 ……………………………………………………………………………………12</p><p>　　3.4 總傳熱系數(shù) ……………………………………………………………………………12</p><p>　　3.5 總傳熱面積

13、及富裕量 …………………………………………………………………12</p><p>　　4 阻力的校核13</p><p>　　4.1 管程阻力的校核13</p><p>　　4.2 殼程阻力的校核13</p><p>　　5 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總14</p><p>　　6 參考文獻(xiàn) ……………………………………………

14、……………………………………14</p><p><b>　　1 任務(wù)書(shū)說(shuō)明</b></p><p>　　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。</p><p>　　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。&l

15、t;/p><p><b>　　物性參數(shù)：</b></p><p>　　設(shè)備類型選用列管式換熱器。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：</b></p><p>　　傳熱面積、換熱管根數(shù)；</p><p>　　確定管束的排列方式、程數(shù)、擋板、隔板的規(guī)格和數(shù)量；</p&g

16、t;<p><b>　　殼體的內(nèi)徑；</b></p><p>　　冷、熱流體進(jìn)、出口管徑；</p><p><b>　　核算總傳熱系數(shù)；</b></p><p>　　管殼、殼程程流體阻力校核。</p><p><b>　　概述：</b></p>&l

17、t;p>　　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，這稱為殼程列管式換熱器。</p><p><b>　　浮頭式換熱器：</b>&

18、lt;/p><p>　　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

19、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。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案的確定</b></p><p>　　2.1 計(jì)算熱負(fù)荷Q及其他參數(shù)</p><p>　　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：</p><p>　　冷流

20、 （2.1.1）</p><p>　　=1.05×50000 kg/h×2.2 KJ/(kg·℃）×（110℃﹣70℃）</p><p>　　=4.62×106 KJ/h = 1.28×106 W</p><p>　　柴油的出口溫度，由熱量衡算求得：</p><p&

21、gt;<b>　?。?.1.2）</b></p><p>　　= 175℃－49℃ = 126℃</p><p>　　q柴=38000kg/h = 53.15 m3/h</p><p>　　q原=50000kg/h = 61.35m3/h </p><p>　　逆流時(shí)的平均傳熱溫差：</p><p&g

22、t;　　柴油：175℃—126℃；原油：110℃—70℃</p><p>　?。?.1.3） </p><p>　　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：</p><p>　　參數(shù)： （2.1.4） </p

23、><p><b>　?。?.1.5）</b></p><p>　　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：</p><p>　　溫差校正系數(shù)ψΔt =0.91，故平均傳熱溫差為：</p><p><b>　?。?.1.6）</b></p>

24、<p>　　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220W·m-2·℃-1，則：</p><p><b>　　(2.1.7) </b&g

25、t;</p><p>　　2.2 換熱器型號(hào)的選取</p><p>　　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Φ25mm×2.5mm。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：</p><p>　?。?

26、.2.1） </p><p>　　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：</p><p>　?。?.2.2） </p><p><b>　　則管程數(shù)為：</b>

27、</p><p>　?。?.2.3） </p><p>　　取整數(shù)N = 4 ，為4個(gè)管程。每管程的管子數(shù)為 </p><p>　　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：BES—700—1.6—120—6/25—4Ⅰ。該浮頭式換熱器殼體直徑700mm

28、，換熱面積120m2，公稱壓力1.6MPa，總管數(shù)256根，4管程，每管程的管子數(shù)為64根。</p><p>　　3 總傳熱系數(shù)的核算</p><p>　　3.1 管內(nèi)柴油的對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>　　3.1.1 管內(nèi)各參數(shù)的確定</p><p>　　柴油在管內(nèi)的流速，根據(jù)式（2.2.2）得：</p><p>&

29、lt;b>　?。?.1.1）</b></p><p><b>　?。?.1.2）</b></p><p>　　3.1.2 管內(nèi)柴油的對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p><b>　?。?.1.3）</b></p><p>　　3.2 殼程原油的對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p

30、>　　3.2.1 殼體內(nèi)徑</p><p><b>　　取管心距 </b></p><p>　　隔板中心到離其最近一排管的中心距離：</p><p>　　各程管相鄰管的管心距為44mm</p><p>　　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η=0.85，則殼體內(nèi)徑：</p>&

31、lt;p><b>　?。?.2.1）</b></p><p>　　取內(nèi)徑Di = 600 mm</p><p>　　3.2.2 折流擋板</p><p>　　折流擋板的間距h取殼體內(nèi)徑的0.2—1.0倍，在這里取0.4倍。</p><p><b>　　管子呈正方形錯(cuò)列。</b></p&g

32、t;<p>　　則折流擋板的個(gè)數(shù)為： （3.2.2）</p><p>　　3.2.3 其他參數(shù)</p><p>　　殼程流通面積為： （3.2.3）</p><p><b>　　原油的流速：</b></p&g

33、t;<p><b>　?。?.2.4）</b></p><p><b>　　則當(dāng)量直徑為：</b></p><p><b>　　（3.2.5）</b></p><p><b>　?。?.2.6）</b></p><p><b>　　

34、（3.2.7）</b></p><p>　　3.2.4 殼程原油的對(duì)流傳熱系數(shù)</p><p>　　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：</p><p><b>　?。?.2.8）</b></p><p

35、>　　同時(shí)，由于流體被加熱，取，則：</p><p>　　(3.2.9) </p><p><b>　　3.3 接管</b></p><p>　　殼程流體進(jìn)出口接管，內(nèi)徑為：</p><p><b>　?。?.3.1） </b></p><p>　　取整后可取殼

36、程進(jìn)出口內(nèi)徑為 220mm。 </p><p>　　管程流體進(jìn)出口接管，內(nèi)徑為：</p><p><b>　　（3.3.2）</b></p><p>　　取整后可取管程進(jìn)出口內(nèi)徑為 160mm。</p><p>　　3.4 總傳熱系數(shù) </p><p>　　兩油料的污垢熱阻可忽略，并且

37、采用鋼管，則導(dǎo)熱系數(shù)λ為 45W·m-1·℃-1 。</p><p><b>　?。?.4.1）</b></p><p><b>　　則總換熱系數(shù)K為：</b></p><p><b>　?。?.4.2）</b></p><p>　　3.5 總傳熱面積及富裕

38、量</p><p>　　根據(jù)核算得到的總傳熱系數(shù)，計(jì)算總傳熱面積：</p><p><b>　?。?.5.1）</b></p><p>　　與前面初選值基本相符，并且還有 的富裕量。</p><p><b>　　4 阻力的校核</b></p><p>　　4.1 管程阻力校核

39、</p><p>　　當(dāng)Re=16300 時(shí)，直管阻力為：</p><p><b>　?。?.1.1）</b></p><p>　　各管程折向和進(jìn)出口阻力為：</p><p><b>　?。?.1.2）</b></p><p>　　殼程數(shù)Ns = 1 管程數(shù)Np =

40、4 則管程總阻力為：</p><p><b>　　（4.1.3）</b></p><p>　　4.2 殼程阻力校核</p><p>　　殼程阻力系數(shù)：，根據(jù)式（3.2.2）得NB=25，則殼程阻力為：</p><p><b>　　（4.2.1）</b></p><p>　　

41、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BES—700—1.6—120—6/25—4Ⅰ滿足工藝要求。</p><p><b>　　結(jié)果匯總</b></p><p>　　1 傳熱面積為120m2 </p><p>　　換熱管根數(shù)為256根；管程為4；每程64根。</p><p>　　2 管子呈正方形

42、錯(cuò)列；折流擋板間距為0.24m；擋板數(shù)目為25個(gè)。</p><p>　　3 殼體的直徑為700mm；殼體的內(nèi)徑為600mm。</p><p>　　4 冷流體的進(jìn)、出口內(nèi)徑為220mm；</p><p>　　熱流體的進(jìn)、出口內(nèi)徑為160mm。</p><p>　　5 總傳熱系數(shù)為263.8W·m-2·℃-1；</p&g

43、t;<p>　　6 管程總阻力為9602Pa；</p><p>　　殼程總阻力為24819Pa。</p><p>　　參考文獻(xiàn)：黃少烈 . 化工原理（第二版） . 北京：高等教育出版社，2009</p><p><b>　　致謝：</b></p><p>　　感謝老師的認(rèn)真批閱，祝老師工作順利、萬(wàn)事如意。&