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1、化工原理课程设计题目：原油加热器一一固定式换热器指导教师：李先生院士职称:国家特级院士班级:高分子材料与工程系学号:学生姓名：目录一.绪论3二、设计条件及主要物性参数41 、设计条件42 、定性温度的确定4三确定设计方案53 、选择换热器的类型54 、流程安排5四.估算传热面积51 、热流52 平均传热温差53 传热面积,5五工程结构尺,61、管径和管内流速62、管程数和传热管数63、平均传热温差校正及壳数64、传热管的排列和分程方法75折流板76、接7六、换热器核81、壳程传热系数82、管程传热系数84 污垢热阻和管壁热阻95 总传热系数K106 传热面积裕度107 管程流动阻力118 壳程
2、流动阻力11七、设计计算结果汇总12一、绪论1 .加热器简介,固定管板式固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈（或膨胀节）当壳体和管束热膨胀不同时,补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。特点：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。形管式U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。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。.浮头式换热器两端的管板，一
3、端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。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。本实验采用的是浮头式加热器，包括输油管，输油管上套有密闭的外壳，外壳的一段管道上设有加热体，该加热体用固定卡固定在外壳表面上，所述外壳的外表面上包覆有保温层。本实用新型具有传热速度快、均温性好的特点，避免了在输送过程中热损失大而导致油品凝固难以输送的问题。2 .设计目的培养学生综合运用本门课程及有关选修课程基础理论和基础知识完成某项单元操作设备设计的实践操作能力。设计的设备必学在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友
4、好的。二、设计条件及主要物性参数设计条件由设计任务书可得设计条件如下表：体积流量(标准t/h)进口温度(C)出口温度(C)设计压力(Kpa)柴油3417580原油337011080项目密度P3.(kg/m)比热Cp(kJ/kg?C)导热系数(W/m?c)黏度(Pa?s)柴油715103原油815103.定性温度的确定Wc：原油流量(kg/h)Wh:柴油流量(kg/h)Cpc：原油比热容Cph:柴油比热容t1,t2：原油的出、进口温度T1、T2:柴油的进、出口温度根据夏清陈常贵化工原理(上)P225,公式(4-33),热流量为Qc=WCpc(t1-12)=33000XX(11070)/=8066
5、67W柴油出口温度：Q=Qc=WhCph(T1-T2)806667=34000XX(175T2)/T2=C可取流体进出口温度的平均值。管程柴油的定性温度T=(175+)/2=157.5C壳程原油的定性温度为t=(70+110)/2=90C三、确定设计方案选择换热器的类型由设计任务选择固定管板式换热器。流程安排柴油温度高，走管程可减少热损失，原油黏度较大，走壳程在较低的Re数时即可达到湍流，有利于提高其传热膜系数。四、估算传热面积热流量平均传热温差根据化工原理课程设计P47,公式（3-9）tm=(Tit2)(T2ti)(175110)(140.57。22二C传热面积根据夏清陈常贵化工原理（上）P
6、356表，初步设定K=160/V-m-2C-1根据化工原理课程设计P47,公式（3-5）五.工程结构尺寸管径和管内流速选用小25x2.5mm的传热管（碳钢管）管程数和传热管数公称直径D（mm管程数管数管长(mm管程流通面积（m2）50021686000传热面积2m根据估算的传热面积，然后查JB1145-73得:A=外径D=500mm管程N=2单程传热管数n=168管程流通面积该换热器型号为G500n平均传热温差校正及壳程数根据化工原理课程设计P47,公式(3-12)平均传热温差校正系数TiT2175140.5R=t2t111070Dt2t111070P=T1t117570根据夏清陈常贵化工原理
7、(上)P231,公式(4-46)平均传热差校正为人”tXAtrn=x=(C)由于平均传热温差校正系数大于，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适传热管的排列和分程方法采用正三角形排列法，则管间距t=32mm折流板采用弓形折流板，取折流板间距B=400mm传热管长折流板数NB=折流板圆缺面水平装配。接管(1)壳程流体进出口接管取接管内液体流速u1=1.0m/s,D14v433000/(3600815)Ui.3.141圆整后取管内直径为120mm.(2)管程流体进出口接管取接管内液体流速u2=S,圆整后取管内直径为130mm六.换热器核算总传热系数核算6.1.1壳程传热系数根据夏清陈常贵化工原理（上
8、）P253,公式94-77a）得1/3(%)0.14Mwccc入0f0.550=0.36RePrde其中:粘度校正为（%）04Ww当量直径，管子为正方形旋转45形排列时,根据化工原理（上）P253,公式(4-78)4(t2d2o)4de-4=-do一3232103.1420.02543.140.025壳程流通截面积，根据化工原理（上）P253,公式（4-80）,Ao=BD（1d）=XX（10025）=t0.032式中B一两挡板间距离，mD一换热器间的外壳内径，m壳程原油的流速及其雷诺数分别为Vo33000/（3600815）/Uo=m/sAo0.044Ra=PoUode=8150.260.02
9、736.6510二860普朗特准数（传热传质过程设备设计P26,公式1-43）一33Cpoo2.2106.6510Pr=00.128因此，壳程水的传热膜系数。为0.36Re0.55Prde1/3(Mo)0.14Mw0.128=0.360.0278600.551114.330.92=308W/(nVC)6.1.2管程传热系数根据夏清陈常贵化工原理（上）P248,公式（4-70a）得i=-di其中:管程流通截面积管程柴油的流速及其雷诺数分别为u_V=34000/(3600715)m/sSi0.0264Re=U:0.020.57150.64103=11172cpiiPr=2.481030.64103
10、普兰特准数0.133因此，管程空气的传热膜系数i为i=xx01空6.1.3污垢热阻和管壁热阻0.02查阅夏清陈常贵化工原理（上）P354,附录表20,得原油侧的热阻Ro=C-W-1柴油侧的热阻R=CW-1查阅化工原理（上）P354,附录表13,得1-1碳钢的导热系数入=50W,m-C6.1.4总传热系数K因此，查夏清陈常贵化工原理（上）P227,公式（4-40）工=工+&+叫+Rsi匹+A_Ka。dmdiaidi1,0.00250.025,八“c0.0250.02250.020H-P+0.0003430850+0.0257140.022解得：K=172W/(m-C)b：管壁的厚度d0：管的外径
11、dm:管的平均直径di:管的内径6.1.5传热面积裕度根据化工原理课程设计P47,S=Q/(KiAtm)公式(3-5)80666717267.8该换热器的实际传热面积SpSp=dolNT=xx6X168=依化工单元过程及设备课程设计P76,公式3-36该换热器的面积裕度为HSpSi100%=79.169.2=%Si69.2传热面积裕度合适。该换热器能够完成生产任务。换热器内流体的流动阻力（压降）6.2.1管程流动阻力由R=11172,传热管相对粗超度为mm,内径di20mm流速u=s,相对粗糙度一0a0.0005di20查夏清陈常贵化工原理（上）P54莫狄图得i0.034267150.52pi
12、0.034一912（pa）0.022Pr22U27150.523268(pa)总压降：EApi=(Ap1+Ap2)FtNNp=(912+268)乂X1X2=80KPa（符合设计要求）其中，Ft为结垢校正系数，取;凡为串联壳程数，取1;N为管程数，取2。6.2.2克程流动阻力:根据化工原理（上）P284,公式（4-124）、（4-125）得流体横过管束的压降:其中：F=fo二X=N=14Uo=SP1=xX16X(14+1)X(815X72=2823Pa八一2p2=NB(-型)-u0-D2=14x(20.400)x(815X/2=733Pa0.500总压降：EApo=(p1+Ap2)FsNs=(2
13、823+733)XXI=80Kpa其中，Fs为壳程压强降的校正系数，对于液体取;Ns为串联的壳程数，取1。设计计算结果汇总表换热器的工艺计算及结构设计的主要结果和主要尺寸汇总于下表质量流量/（kg/h）3400033000进/出口温度/C175/110/70操作压力/kPa定性温度/C151物密度/(kg/m3)715815性定压比热熔参/kJ/(kgK)数粘度/(Pas)X10-3X10-3热导率/W/(mK)工流速/(m/s)艺污垢热阻主/m2K/W要阻力（压降）/kPa计对流传热系数714308算/W/(m2K)结总传热系数172果/W/(m2K)平均传热温差/c热流量/kW传热面积裕度/%
