浮头式换热器工艺说明书.docx

化工原理课程设计原油加热器——浮头式换热器工艺说明书学院:材料科学与工程 专业：高分子材料与工程 班级：高分子112班 姓名： 学号： 指导教师:佟白目录第1章绪论 错误!未定义书签设计任务和设计条件 3第2章工艺设计与计算 32. 1浮头式换热器的选用 32.1.1 流动途径 32.1.2 物性参数的确定 错误!未定义书签2.1.3 热负荷的计算 32.1.4 估算传热面积 A 42.2 工艺结构尺寸 42.2.1 管径和管内流速 42.2.2 管程数和传热管数 42.2.3 平均传热温差校正及壳程数 52.2.4 传热管排列和分程方法 52.2.5 壳体内径 62.2.6 折流板 62.2.7 接管 62.2.8 法兰 142.2.9 其他附件 错误!未定义书签2.3 换热器核算 72.3.1 传热能力核算 72.3.2 壳程流体传热膜系数 72.3.3 管程传热膜系数 82.3.4 总传热系数 82.3.5 传热面积裕度2.3.6 壁温核算2.3.7 换热器内流体的流动阻力 92.3.8 管程流体阻力 92.3.9 壳程流体阻力 11第3章3.1 设备参数计算3. 2设计结果一览表 错 误 ! 未定义书签。

参考文献 15主要符号说明 16设计评述 错误!未定义书签设计任务和设计条件原油处理量：44000Kg，柴油处理量：34000Kg,操作条件：1、原油入口温度70°C，出口温度110°C;柴油入口温度175 C；2、 两侧污垢热阻均为0.0002 (m2. C) /W3、 两侧压力不可大于0.3at；4、 换热器热损失为5%Q5、 K 预选为 250W/(m2 ・°C)设计一个浮头式换热器将原油加热工艺计算及设备的结构计算3.1浮头式换热器的选用3.1.1 流动途径由于原油粘度大，为了减小损失和充分利用柴油的热量，采用柴油走管程 原油走壳程3.1.3 热负荷的计算柴油：进口温度 T1： 175C原油：进口温度 t1： 70C 热负荷为：出口温度： T2 出口温度t2： 110CQ=1.05W1Cp1(t2-t1)=1.05(44000/3600)X2.2X(110-70)=1.129X 106 (W)则柴油出口温度为：T 二 T - - = 1752 1 WC2 P 2管程柴油定性温度为175 +127T = 十 =151(C)2壳程原油定性温度为t = 70 +110 = 90(C)4.08 x1063.4 x104 x 2.48二 175 - 48 二 127(C)由上两个定性数据，查阅参考书可得柴油和原油的物理性质如下；物性参数柴油原油密度/kg/m3715815比热容/[kJ/(kg • K)]2.482.2粘度/(Pa • s)6.4X10-43.0X10-3热导率/[w/(m • K)]0.1330.1283.1.4 估算传热面积 AA t1 =T「t2=175-110=65(°C)A t2=T2 叫=127-70=57(C)因为 4^= =1.14v2At 572所以 Atm= At1 + At2 二 61 C2预选K=250W/( m2・C )，计算结果不符合要求，重新估取K=280W/(m2 ・C)A 宙Q/(KAtm)=1.129X 10人6/(280X61)=66.1(m2)3.2工艺结构尺寸3.2.1 管径和管内流速选用①25mmx 2.5mm较高冷传热管（碳钢）。

取管内流速u =1m/s i3.2.2 管程数和传热管数单程需管数：V 34000 / 715n = s——= =42.07 沁 42 （根）兀, 0.785 x 0.022 x1d 2U4ii桉单管程算总管长为：L=A/( n dins)=66.1 /(3.14X0.02X42)=25.05(m)按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构取传热管长L =6m, 则管程数：Np=L/L‘ =25.05/6^4(管程)传热总根数：N=42x4=168 (根)3.2.3平均传热温差校正及壳程数D T - T 175 -127R = 2 = = 1.2t -1 110 - 702 1P=(t2-t1)/(T1-t1)=(110-70)/(175-70)=0.38由《化工原理课程设计》在单壳程、四管程的图3-28对平均温度差校正 系数图 查得A申=0.91>0.8故选单壳程、四管程平均传热温差校正为m=^^^tm=0.91X 61=55.51(° C)3.2.4传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正方形排列，其优点是管板强度高，流体 走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流体传热系数较高，相同的壳 程内可排列更多的管子。

取管心距t=1.25 d0，贝V：t=1.25 x 25=31.25 沁 32( mm )隔板中心到离其最近一排管心距离：t 32s=— +6亡+6=22( mm)2 2则各程相邻的管心距为：22x 2=44(mm)3.2.5 壳体内径采用多管程结构，取管板利用率n=0.7，则壳体的内径为;Di=1.05t(N /n )o.5=1.05X32X(168 / O.7)o.5=52O.53(mm)圆整得 Di=600mm3.2.6 折流板 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%则切 去圆缺高度为：h=o.25Di=o.25X6oo=15o(mm)折流板间距：B=o.4Di=o.4X 6oo=24o(mm)折流板数：NB=6000/240-1=24(块)3.2.7 接管壳程中接管，由《化工原理课程设计》表 3-16 流体在管内流动的适宜流 速可取 u1=0.5m/s则壳程接管直径为：i4 x 44°°0可取D =竺= 815 x 3600 = 0”)1 兀u 3. 14 x 0. 5* 2D1=200mm管程中接管，由《化工原理课程设计》表 3-16 流体在管内流动的适宜流速可取流速出二1m/s* 3'16眈体衽簣内施动灼谨甫谧谏 耀休的类JW及情况- ■适宜赫遽范砂帖■昇t)_ 口 来水(3 x Pa s右)■ -*■ — ™—1-1.5水及低為度漁体门0‘Pa)1. 5 ~3.0__ 高翻度港体■ — — 0.5 - 1.020 -40过热蒸吒30 -50低压气休12 ~ 15高压弋体15 -20—般空％(需压)10 -20液悴白流速度(拎擬水等)D 5宜牢操作下U体流速<10则管程接管直径为:34000■ 4 x=0. 13(m),圆整后可取I 3600 x 7151 3.14 x 1 __D2=150mm 3.3换热器核算3.3.1传热能力核算3.3.1.1壳程流体传热膜系数由于壳程流体原油的黏度较大，且易结垢，为了便于清洗，则换热管的排 列方式选正方形排列。

换热管按正方形排列，则当量直径为：丄 兀d 2t2 — 4 x440兀d0. 0322 - 3 14 x 0 0252兀 x 0. 025=0. 027m壳程流体的截面积为:(d )仃 0. 025)D1 — —0=0. 24 x 0. 6 xiL t JL 0. 032 J=0. 032m2S = B -0壳程流体流速：u0=V0 / S0=44OOO / (3600 X 815 X0.032)=0.47(m / s)雷诺数：du pRe 二 e o_o0 卩0普兰特数：c pp 二-^0 0r 九°.°27 %⑷ ％ 8】5 二 344, 5 3.0 x 10-32.2 x 103 x 3.0 x 10 -3=51. 560. 128取(旦)o」4=O.92w 则壳程传热膜系数为：a = 0. 36 — R 0.55pi3(上)0.14 = 0. 36 x 133 128 x 3447. 50.55 x(51. 56)13 X 0.92 = 515.( 0 d e0 r y 0. 027ew3.3.1.2 管程传热膜系数管程流体流通截面积兀d 2N168 i— —0. 785 x 0. 022 x444Si二 0. 0132(m2)雷诺数：d. pi pi—i i ip.i二 22343. 75R e普兰特准数：0. 02 x 1 x 7150. 64 x 10-3cpipipi .九i11.932. 48 x 103 x 0. 64 x 10-3因为管程中柴油被冷却，故n=0.3，则由ai—0.023 R 0.8p n 可得deri管程传热膜系数：0.133a — 0. 023 x x (22343. 75)0.8 x (11. 93)0.3 — 970. 2(W / m2 • °C)i 0. 023.3.2 总传热系数1 b d d d+ R + 亠 + R o + 0-a so 九 d si d a d 0 m i i i10. 0025 x 0. 0250.02510.025= + 0. 0002 ++ 0. 0002 x+x515. 645. 3 x 0. 02250. 02970.20. 02=0. 00374n K 二 267.38(W/m2・°C)计可求得所需要的传热面积为：二 76.（m2）S二・i K At计 m1. 129 x 106267. 38 x 55.51换热器实际传热面积：Sp=nd0L‘ N=3.14X0.025X6X 168=79.1(m2)3.3.3 传热面积裕度H=[ (Sp-Si)／Si] X100％=[ (79.1-76.1) ／76.1] X100％=3.9％3.3.4 壁温核算先忽略壁的热阻，因其很小，则管壁温度为：Tt—+ —ffl-aa——c h1 1+ -流体平均温度：Tm=0.4X175＋0.6X127=146.2(C),tm=0.4X110＋0.6X70=86(C)a = a o=515・6,a 卜=a .=970.2c 0 h i平均壁温为 T=(146.2／515.6＋86／970.2)／(1／515.6＋1／970.2)=124.07C)壳体壁温近似取为。