化工原理设计(换热器设计).doc
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1、 广东石油化工学院化工原理课程设计说明书题 目: 柴油预热原油的管壳式换热器 学生班级: 学生姓名: 学生学号: 18 指导教师: 李燕 化学化工学院 年 月 日 化工原理课程设计任务书一、 设计题目:列管式换热器设计二、设计任务及操作条件某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.7210-4m2.K/W,要求两侧的阻力损失均不超过0.5105Pa。试选用一台适当型号的列管式换热器。(x:学号) 三、设计要求 提交设计结果,完成设计说明书。 设计说明书包括:封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、参考文献及设计自评表、换热器装配图等。(设计说明
2、书及图纸均须手工完成) 四、定性温度下流体物性数据物料 温 度 质量流量 kg/h 比 热 kJ/kg. 密 度 kg/m3 导热系数 W/m. 粘度 Pa.s 入口 出口 柴油 175 T2 34220 2.48 715 0.133 0.6410-3 原油 70 110 44330 2.20 815 0.128 3.010-3 推荐总K=45280 W/m.注:若采用错流或折流流程,其平均传热温度差校正系数应大于0.8 五、参考书目:1、 姚玉英 . 化工原理 ,上册,1版.天津:天津大学出版社,19992、 柴诚敬.化工原理课程设计. 1版.天津:天津大学出版社,19943、匡国柱.化工单
3、元过程及设备课程设计. 1版.北京:化学工业出版社,2002 4、李功祥.常用化工单元设备设计.1版.广州:华南理工大学出版社,200321目 录1.设计任务书12.概述23.设计条件及物性参数表24.方案设计和拟定35.设计计算66.热量核算117. 参考文献168.心得体会17311设计任务书1.1设计题目用柴油预热原油的管壳式换热器1.2设计任务1.查阅文献资料,了解换热设备的相关知识,熟悉换热器设计的方法和步骤;2.根据设计任务书给定的生产任务和操作条件,进行换热器工艺设计及计算;3.根据换热器工艺设计及计算的结果,进行换热器结构设计;4.以换热器工艺设计及计算为基础,结合换热器结构设
4、计的结果,绘制换热器装配图;5.编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结,设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。1.3操作条件物料温 度 质量流量kg/h比 热kJ/kg.密 度kg/m3导热系数W/m.粘度Pa.s入口出口柴油170T2350802.487150.1330.6410-3原油60105411042.208150.1283.010-32. 概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各
5、种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同,换热器的类型也多种多样,不同类型的换热器也各有优缺点,性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。3.设计条件及物性参数表3.1操作条件原油:入口温度60 出口温度105 质量流量:41104 kg/h加热介质柴油:入口温度170 出口温度T2 质量流量:(35080)kg/h允许压降:不超过0.3105Pa 4.方案设计和拟订根据任务书给定的冷热流体的温度,来选择设计列管式换热器中的浮头式换热器;再依据冷热流体的性质,判断
6、其是否易结垢,来选择管程走什么,壳程走什么。在这里,柴油走管程,原油走壳程。从手册中查得冷热流体的物性数据,如密度,比热容,导热系数,黏度。计算出总传热系数,再计算出传热面积。根据管径管内流速,确定传热管数,标准传热管长为6m,算出传热管程,传热管总根数等等。再来就校正传热温差以及壳程数。确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤,计算出壳体内径,选择折流板,确定板间距,折流板数等,再设计壳程和管程的内径。分别对换热器的热量,管程对流系数,传热系数,传热面积进行核算,再算出面积裕度。最后,对传热流体的流动阻力进行计算,如果在设计范围内就能完成任务。4.1列管式换热器种类选取 根据固定管板式的特
7、点:结构简单,造价低廉,壳程清洗和检修困难,壳程必须是洁净不易结垢的物料。U形管式特点:结构简单,质量轻,适用于高温和高压的场合。管程清洗困难,管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。浮头式特点:结构复杂、造价高,便于清洗和检修,完全消除温差应力,应用普遍。我们设计的换热器的流体是油,易结垢,再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。4.2管程与壳程的选取根据以下原则:1. 不洁净和易结垢的流体宜走管内,以便于清洗管子2. 腐蚀性的流体宜走管内,以免壳体和管子同时受腐蚀,且管子也便于清洗和检修3.压强高的流体宜走管内,以免壳体受压4.饱和蒸气宜走管间,以便于及时排除冷凝液,且蒸气较洁净,冷
8、凝传热系数与流速关系不大5.被冷却的流体宜走管间,可利用外壳向外的散热作用,以增强冷却效果。6.需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内,因管程流通面积常小于壳程,且可采用多管程以增大流速。7.粘度大的液体或流量较小的流体,宜走管间因流体在有折流挡板的壳程流动时,由于流速和流向的不断改变,在低Re(Re100)下即可达到湍流,以提高对流传热系数,我们选择柴油走管程,原油走壳程。4.3流体流速的选择增加流体在换热器中的流速,将加大对流传热系数,减少污垢在管子表面上沉积的可能性,即降低了污垢热阻,使总传热系数增大,从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加,又使流体阻力增大,动力消耗就增多。所
9、以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外,在选择流速时,还需考虑结构上的要求。例如,选择高的流速,使管子的数目减少,对一定的传热面积,不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗,且一般管长都有一定的标准;单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。在本次设计中,根据表换热器常用流速的范围,取管内流速4.4管子的规格和排列方法选择选择管径时,应尽可能使流速高些,但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有252.5mm及19mm两种规格的管子。在这里,选择 252.5mm管子。管长的选择是以清洗方便及
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