柴油原油換熱器設(shè)計說明書(doc)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計</b></p><p>　　柴油換熱器設(shè)計說明書</p><p>　　設(shè)計者：班級：過控132</p><p><b>　　組長：吳世杰</b></p><p>　　成員：劉云杰 李亞芳 鄭仕業(yè) 刁昌東 王宇 </p><p>

2、<b>　　學(xué)生姓名：吳世杰</b></p><p>　　日期 ：2015年9月4日</p><p><b>　　指導(dǎo)教師：佟白</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．設(shè)計說明書·····&#

3、183;····································

4、······················3二．設(shè)計條件及主要物性的確定············&

5、#183;····································

6、;··3</p><p>　　1．定性溫度的確定·····························

7、····························3</p><p>　　2．流體有關(guān)物性···&#

8、183;····································

9、···················3</p><p>　　三. 確定設(shè)計方案············&

10、#183;····································

11、;·············4</p><p>　　選擇換熱器的類型··················&

12、#183;···································4<

13、/p><p>　　2．流程安排································

14、83;······························4</p><p>　　估算傳熱面積·&

15、#183;····································

16、;·······················4</p><p>　　傳熱器的熱負荷········&#

17、183;····································

18、··········4</p><p>　　平均傳熱溫差·····················

19、3;···································4</p&

20、gt;<p>　　傳熱面積估算·································

21、························4</p><p>　　工程結(jié)構(gòu)尺寸·······

22、3;····································&#

23、183;················5</p><p>　　管徑和管內(nèi)流速···············

24、;····································

25、83;····5</p><p>　　管程數(shù)和傳熱管數(shù)···························

26、;···························5</p><p>　　平均傳熱溫差校正和殼程數(shù)···

27、83;····································&

28、#183;·····5</p><p>　　傳熱管排列和分程方法·························&

29、#183;························5</p><p>　　殼程內(nèi)徑·······&

30、#183;····································

31、;··················6</p><p>　　折流板··············

32、····································

33、3;·············6</p><p>　　其他附件··················

34、3;····································&#

35、183;······6</p><p>　　接管·························

36、3;····································&#

37、183;···6</p><p>　　六．換熱器核算····························

38、;····································

39、83;7</p><p>　　1.熱流量核算·······························

40、································7</p><p>　　（1）殼

41、程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)···································

42、83;···············7</p><p>　?。?）管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)···············&#

43、183;···································7</

44、p><p>　　（3）污垢熱阻和管壁熱阻·······························

45、3;·················8</p><p>　　（4）傳熱系數(shù)K··············

46、····································

47、3;······8</p><p>　?。?）傳熱面積裕度·························

48、;······························8 </p><p>　　2.壁溫核算·&#

49、183;····································

50、···························9</p><p>　　3.換熱器內(nèi)流體的流動阻力···

51、83;····································&

52、#183;··········9</p><p>　?。?）管程流動阻力····················&#

53、183;···································9</

54、p><p>　?。?）殼程流動阻力································&

55、#183;······················10</p><p>　　七．換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表······

56、83;································11</p><p>　　

57、八．設(shè)備參考數(shù)計算···································&

58、#183;·······················12</p><p>　　1.殼體壁厚·······

59、3;····································&#

60、183;··················12</p><p>　　2.接管法蘭·············

61、;····································

62、83;·············12</p><p>　　3.設(shè)備法蘭··················

63、····································

64、3;········12 </p><p>　　4.封頭管箱·······················

65、····································

66、3;···12</p><p>　　5.設(shè)備法蘭墊片（橡膠石棉板）··························

67、3;···················12</p><p>　　6.管法蘭用墊片············

68、;····································

69、83;··········13</p><p>　　7.管板·····················&#

70、183;····································

71、··········13</p><p>　　8.支墊（鞍式支座）·····················

72、;····································

73、83;13</p><p>　　9.設(shè)備參數(shù)總表······························

74、3;····························13</p><p>　　九．設(shè)計總結(jié)···&

75、#183;····································

76、;·························15</p><p>　　十.主要符號說明 ·····

77、3;····································&#

78、183;·················16</p><p>　　十一.參考文獻·············

79、3;····································&#

80、183;·············17</p><p><b>　　一、設(shè)計說明書</b></p><p>　　1.設(shè)計任務(wù)書和設(shè)計條件</p><p>　　原油44000kg/h由70°C被加熱到110&

81、#176;C與柴油換熱，柴油流量34000kg/h，柴油入口溫度175°C，出口溫度127。已知兩則污垢熱阻為0.0002㎡·C/W,管程與殼程兩則降壓小于或等于0.3at，熱阻損失5%，初設(shè)k=250w/ m2·°C。</p><p>　　二、設(shè)計條件及主要物性參數(shù)</p><p><b>　　2.1設(shè)計條件</b></

82、p><p>　　由設(shè)計任務(wù)書可得設(shè)計條件如下表：</p><p>　　注：要求設(shè)計的冷卻器在規(guī)定壓力下操作安全，必須使設(shè)計壓力比最大操作壓力略大，本設(shè)計的設(shè)計壓力比最大操作壓力大0.1MPa。</p><p>　　2.2確定主要物性數(shù)據(jù)</p><p>　　2.2.1定性溫度的確定</p><p>　　根據(jù)《流體力學(xué)（上）

83、》P177，公式（4-109），熱流量為</p><p>　　Qc = Wc Cpc(T1－T2) ×1.05 =44000×2.2×（148－42）×1.05</p><p>　　=1.13×106kJ/h = 1.13×106 W </p><p>　　管程柴油的定性溫度為</p><

84、;p><b>　　℃</b></p><p>　　殼程原油的定性溫度為</p><p><b>　　℃ </b></p><p>　　2.2.2流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　根據(jù)由上面兩個定性溫度數(shù)據(jù)，查閱參考書可得原油和柴油的物理性質(zhì)。運用內(nèi)插法（公式為 ）,可得殼程和管程流體的有

85、關(guān)物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　原油在90℃，1.2MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　柴油在151℃的物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　三、確定設(shè)計方案</b></p><p>　　3.1 選擇換熱器的類型</p><p>　　由于溫差較大和要便于清洗殼程污垢，對于油品

86、換熱器，以采用</p><p>　　Fe系列的浮頭式列管換熱器為宜。</p><p>　　采用折流擋板，可使作為被冷卻的原油易形成湍流，可以提高對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高傳熱效率。</p><p><b>　　3.2 流程安排</b></p><p>　　柴油溫度高，走管程課減少熱損失，原油黏度較大，走殼程在較低的Re數(shù)時即

87、可達到湍流，有利于提高其傳熱膜系數(shù)。</p><p><b>　　四、估算傳熱面積</b></p><p><b>　　4.1熱流量</b></p><p><b>　　4.2平均傳熱溫差</b></p><p>　　== (0℃,1atm)=61℃</p>&l

88、t;p><b>　　4.3傳熱面積</b></p><p>　　由于管程氣體壓力較高，故可選較大的總傳熱系數(shù)。初步設(shè)定設(shè)Ki‘=250 W·m-2·℃-1。根據(jù)《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P44，公式3-8，則估算的傳熱面積為</p><p><b>　　m2</b></p><p><b

89、>　　五．工程結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　5.1管徑和管內(nèi)流速</p><p>　　選用φ25×2.5mm的傳熱管(碳鋼管)；由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P7表1－3得管殼式換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù)，可設(shè)空氣流速ui＝1m/s，用u i計算傳熱膜系數(shù)，然后進行校核。</p><p>　　5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p>

90、;<p>　　依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P46，公式3-9可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)</p><p><b>　　(根)</b></p><p>　　按單程管計算，所需的傳熱管長度為</p><p><b>　　m</b></p><p>　　按單管程設(shè)計，傳熱管過長

91、，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長 l= 7 m ，則該換熱器管程數(shù)為</p><p>　　Np=L / l=22.5/7≈4（管程）</p><p>　　傳熱管總根數(shù) N = 42×4= 168 （根）。</p><p>　　5.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P46，公式3-

92、13a和3-13b，</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)</p><p><b>　　R＝＝1.2</b></p><p>　　P＝＝0.381 </p><p>　　依《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P16，公式3-13，</p><p><b>　　溫度校正系數(shù)為</b&g

93、t;</p><p><b>　　≈0.92</b></p><p>　　依《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P16，公式3-14，</p><p><b>　　平均傳熱差校正為</b></p><p>　　△tm=×△tm’ =61×0.92=56.12( ℃ )</p>

94、<p>　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適?！?lt;/p><p>　　5.4 傳熱管的排列和分程方法</p><p>　　采用組合排列法，即每程內(nèi)均按旋轉(zhuǎn)45°正四邊形排列，其優(yōu)點為管板強度高，流體走短路的機會少，且管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管子。查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P50，表3-

95、7 管間距，取管間距：</p><p>　　t ＝1.25d=1.25x25=32 mm 。</p><p>　　由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P50，公式3-16，</p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離</p><p>　　S=t/2+6=32/2+6=22 mm</p><p>　　取各程相鄰管的

96、管心距為44mm。</p><p><b>　　5.5 殼體內(nèi)徑</b></p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.7，由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P51，公式3-20，得殼體內(nèi)徑為</p><p>　　Di =1.05t=1.05×32×=520 mm , </p><p>　　圓

97、整后取Di =600mm。</p><p><b>　　5.6折流板</b></p><p>　　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=0.25×600=150 mm ，故可取h=150 mm。</p><p>　　取折流板間距B=0.3Di，則B=0.3×600=180 mm。<

98、;/p><p>　　折流板數(shù) NB=－1=－1≈38 塊</p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p><b>　　5.7其他附件</b></p><p>　　直徑為12mm的拉桿4根。</p><p><b>　　5.8接管</b></p><

99、p>　?。?）殼程流體進出口接管</p><p>　　取接管內(nèi)液體流速u1=0.5m/s,</p><p><b>　　=0.195(m)</b></p><p>　　圓整后取管內(nèi)直徑為200mm.</p><p>　　(2) 管程流體進出口接管</p><p>　　取接管內(nèi)液體流速u2=1

100、m/s,</p><p>　　圓整后取管內(nèi)直徑為150mm</p><p><b>　　六．換熱器核算</b></p><p><b>　　6.1熱量核算</b></p><p>　　6.1.1殼程表面流傳熱系數(shù) </p><p>　　對于圓缺形折流板，可采用克恩公式。

101、由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P53，公式3-22，得</p><p><b>　　ho = </b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　粘度校正為=1.05</p><p>　　②當量直徑，管子為四邊形角形排列時，依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P53，公式3-2

102、3a得</p><p>　　de＝＝0.027 m</p><p>　　③殼程流通截面積，由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P54，公式3-25，得</p><p>　　So = BD(1－)=0.18×0.6×（1－）＝0.023625 m2</p><p>　?、軞こ汤鋮s水的流速及其雷諾數(shù)分別為</p>&

103、lt;p>　　uo＝ =＝0.635 m/s</p><p>　　Reo＝＝＝1556</p><p>　?、萜绽侍販蕯?shù)（<傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計>P26，公式1-43）</p><p>　　Pr＝ ==114.29</p><p>　　因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為</p><p><b>

104、　　ho = </b></p><p>　　=668 W/(m2·℃)</p><p>　　6.1.2管程表面流傳熱系數(shù)</p><p>　　由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P55，公式3-22，3-33,得</p><p>　　hi = 0.023Re0.8Pr0.3</p><p><

105、b>　　其中：</b></p><p><b>　?、俟艹塘魍ń孛娣e</b></p><p>　　Si ===0.02637 m2</p><p>　?、诠艹炭諝獾牧魉偌捌淅字Z數(shù)分別為</p><p>　　ui＝ =＝0.5 m/s</p><p>　　Re＝＝＝11172>

106、;10000</p><p><b>　?、燮仗m特準數(shù)</b></p><p>　　Pr＝ ==11.93</p><p>　　因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為</p><p>　　hi=0.023×111720.8×11.930.3×=557.3W/(m2·℃)</p>

107、;<p>　　6.1.3污垢熱阻和管壁熱阻</p><p>　　冷卻水側(cè)的熱阻Rso＝0.0002m2·℃·W-1</p><p>　　熱空氣側(cè)的熱阻Rsi＝0.0002m2·℃·W-1</p><p>　　碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ＝50W·m-1·℃-1</p><p>　　

108、6.1.4總傳熱系數(shù)Ki</p><p>　　因此，依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P53，公式3-21 </p><p>　?。剑玆so＋＋＋ </p><p>　　＝＋0.0002＋＋</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　解得：＝236 W/ (m2·℃)&

109、lt;/p><p>　　6.1.5 傳熱面積裕度</p><p>　　依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P56，公式3-35：Qi＝Si△tm得：</p><p>　　Si＝Qi/(△tm)＝＝78.49 m2</p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積Sp</p><p>　　Sp==3.14×0.05×

110、;7×168=92.316 m2</p><p>　　依《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P56，公式3-36</p><p>　　該換熱器的面積裕度為</p><p><b>　　==17.6%</b></p><p><b>　　6.2 壁溫核算</b></p><p&

111、gt;　　因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P77，公式3-42計算。由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作早期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應(yīng)按最不利的操作條件考慮。因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。于是按式3-42有</p><p>　　式中，冷流體的平均溫度tm和熱流體的平均溫度Tm分別按《化工

112、單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P77，公式3-44、3-45計算</p><p>　　Tm=0.4×175+0.6×125=146℃</p><p>　　tm=0.4×110+0.6×70=86℃</p><p>　　hc = ho = 668 W/ (m2·℃)</p><p>　　hh = h

113、i = 557W/ (m2·℃)</p><p><b>　　傳熱管平均壁溫</b></p><p><b>　　=113.6℃</b></p><p>　　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=90 ℃</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為</p><

114、;p>　　△t=113.6－90 =23.6 ℃</p><p>　　該溫差不大，不需要建立溫度補償裝置。</p><p>　　6.3換熱器內(nèi)流體的流動阻力(壓降)</p><p>　　6.3.1管程流動阻力</p><p>　　由，傳熱管相對粗超度為0.01，查莫狄圖得，流速u=0.05m/s,</p><p>

115、;<b>　　(pa)</b></p><p><b>　　(pa)</b></p><p>　　總壓降：∑△pi＝（△p1+△p2）Ft Ns Np＝（1188.68+268.125）×1.5×1×4</p><p>　?。?740Pa < 9800 Pa（符合設(shè)計要求）</p&

116、gt;<p>　　其中， Ft為結(jié)垢校正系數(shù)，取1.5；</p><p>　　Ns為串聯(lián)殼程數(shù)，取1；Np為管程數(shù)，取4。</p><p>　　6.3.2殼程流動阻力：</p><p>　　由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》P58，公式3-51,3-52，得：</p><p>　　流體橫過管束的壓降：</p><

117、;p><b>　　其中：F=0.4</b></p><p>　　fo=5.0×1556-0.228=0.9358</p><p><b>　　NB=38</b></p><p>　　uo=0.635 m/s</p><p>　　△’pO=0.4×0.9358×15

118、.42×(38+1)×(815×0.6352)/2 ＝36989 Pa</p><p>　　△’pI＝NB（3.5－）</p><p>　?。?8×（3.5－）×(815×0.6352)/2＝18107Pa</p><p>　　總壓降：∑△po＝（△’p1＋△’p2）Fs Ns</p><

119、;p>　?。剑?6989+18107）×1.15×1</p><p>　　＝63360.4Pa</p><p>　　其中，F(xiàn)s為殼程壓強降的校正系數(shù)，對于液體取1.15；</p><p>　　Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。</p><p>　　七.換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表</p><p>&

120、lt;b>　　八、設(shè)備參數(shù)計算</b></p><p>　　1.殼體壁厚 </p><p>　　由Po＝1.6 MPa， Di＝600mm，對殼體與管板采用單面焊，焊接接頭系數(shù)＝0.9,腐蝕裕度C=1mm， []t=112MPa </p><p>　　+C＝+1=5.8mm</p><p><

121、b>　　圓整后取8mm </b></p><p><b>　　2. 接管法蘭</b></p><p><b>　　3.設(shè)備法蘭 </b></p><p><b>　　4.封頭管箱</b></p><p>　　封頭：以外徑為公稱直徑的橢圓形封頭</p>

122、;<p>　　5.設(shè)備法蘭墊片（橡膠石棉板）</p><p><b>　　6.管法蘭用墊片</b></p><p><b>　　7. 管板</b></p><p>　　管板厚度35mm，長度300mm，材料為16MnR。</p><p>　　8. 支墊（鞍式支座）</p>

123、<p><b>　　設(shè)備參數(shù)總表</b></p><p><b>　　九、設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　兩周的化工原理課程設(shè)計即將結(jié)束，我們小組設(shè)計的是柴油原油換熱器，雖然時間不長，但我們卻從中學(xué)到了很多知識。加深和鞏固了上學(xué)期所學(xué)的化工原理這</p><p>　　雖然剛開始會感到無從下手，很多所學(xué)的知

124、識也有些生疏。但通過佟白老師的細心講解，我們大家共同合作，一起討論研究，通過一周的翻閱資料,查找公式,設(shè)計計算,使我對換熱器有了進一步的了解,對傳熱的具體過程有了深刻的認識.尤其是從最初的無從下手到現(xiàn)在的可根據(jù)傳熱的不同而選擇不同的換熱器.另外,我對于換熱器的用途也有了更多的認識.。最后我們順利的完成了整個設(shè)計。</p><p>　　在佟白老師的細心講解和指導(dǎo)下獨立完成了本次課程設(shè)計，通過這次的鍛煉,為我今后的學(xué)

125、習(xí)工作做了良好的開端.這次的課程設(shè)計對我今后的生活產(chǎn)生巨大的影響也會終生難忘的. 通過這初次的課程設(shè)計使我們深刻的了解了化工原理這門課的主要內(nèi)容以及對將來工作的深遠影響。</p><p>　　在此，感謝學(xué)院為我們提供了一個鍛煉自我，學(xué)習(xí)與歷練的機會，感謝佟白老師耐心，認真的輔導(dǎo)，使我們的設(shè)計得以順利完成。</p><p><b>　　主要符號說明</b></p&

126、gt;<p><b>　　十一、參考文獻</b></p><p>　　【1】申迎華，郝曉剛.《化工原理課程設(shè)計》.北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2009</p><p>　　【2】姚玉英等.《化工原理（上）》.天津，天津大學(xué)出版社，2005</p><p>　　【3】任曉光.《化工原理課程設(shè)計指導(dǎo)》.北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2009<

127、/p><p>　　【4】賈紹義.柴誠敬.《化工原理課程設(shè)計》.天津，天津大學(xué)出版社，2002</p><p>　　【5】袁文.劉巖.《化工制圖》.哈爾濱，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2010</p><p>　　【6】鐘理, 伍欽，馬四朋. 《化工原理（上）》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2008.8.</p><p>　　【7】《材料與零部件（上）》.

128、上?？茖W(xué)技術(shù)出版社. 1982.7.</p><p>　　【8】錢頌文. 《換熱器設(shè)計手冊》，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.8</p><p>　　【9】匡國柱. 《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》. 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　【10】陳錦昌. 《計算機工程制圖》. 廣州，華南理工大學(xué)出版社，2006.8.</p><p&