原油 预热器设计.

XXXXXXX学院

课程设计

课程名称： 课程设计题目： 专 业： 学 生 姓 名：

班 级： xxxxxxxx 指导教师姓名： 设计完成时间：

化工原理 石油预热器设计

化学工艺 xxxx 学号：

xxxx

2014年12月12日

xxxxxxxx

本科生课程设计 第I页

化工原理课程设计任务书

一、设计题目：

石油预热器设计

二、设计条件：

1、处理能力：馏分Ⅱ46000 kg/h；石油56000 kg/h； 2、设备型式：标准列管换热器； 3、操作条件：

1) 原料油：入口温度70℃，出口温度110℃；馏分Ⅱ：入口温度175℃；

2) 允许压强降：管、壳程压强降小于30kPa； 4、物性参数：

物性参数表

流体 石油

t，℃

平均温度 平均温度

Cp，kJ/（kg·℃）

2.2 2.48

ρ，kg/m3

815 715

λ ，W/（m·℃）

0.128 0.133

μ，mPa·s

6.65 0.64

r，kJ/kg

－ －

馏分Ⅱ

流体 石油 馏分Ⅱ

三、设计计算内容：

1、传热面积、换热管根数；

2、确定管束的排列方式、程数、折流板的规格和数量等； 3、壳体的内径；

4、冷、热流体进、出口管径； 5、核算总传热系数； 6、管壳程流体阻力校核。

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四、设计成果：

设计说明书一份。

五、设计时间

一周。

六、参考文献

[1] 申迎华，郭晓刚．化工原理课程设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2009：

[2] 柴城敬．化工原理课程设计指导［Ｍ］．天津：天津大学出版社，1999：

[3] 林大钧，于传浩，杨静．化工制图［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2007：

[4] 中国石化集团．化工工艺设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2009：

七、设计人：

学号：xxxxxxxxxxx

姓名： xxxxx

八、设计进程：

指导教师布置实践题目 0.5天 设计方案确定 0.5天 工艺计算 2.0天 绘图 0.5天 编写实践说明书 1.0天 答辩 0.5天

化学工程教研室2014年12月10日

本科生课程设计 第1页

目录

化工原理课程设计任务书 ..................................................................................... I 1 概述 .................................................................................................................... 2 2估算传热面积 ..................................................................................................... 3 2.1热流量 .............................................................................................................. 3 2.2平均传热温差 .................................................................................................. 3 2.3传热面积 .......................................................................................................... 3 3 选定换热器的型号 ............................................................................................ 4 3.1换热器初步确定 .............................................................................................. 4 3.2确定管数和管长 .............................................................................................. 4 3.3折流板 .............................................................................................................. 5 3.4其他附件 .......................................................................................................... 5 3.5接管 .................................................................................................................. 5 3.5.1壳程流体进出口接管 ................................................................................... 5 3.5.2管程流体进出口接管 ................................................................................... 5 3.6数据核算 .......................................................................................................... 5 4 阻力损失的计算 ................................................................................................ 7 4.1管程 .................................................................................................................. 7 4.2 壳程 ................................................................................................................. 7 5 传热计算 ............................................................................................................ 9 5.1 管程给热系数 ................................................................................................. 9 5.2 壳程给热系数 ................................................................................................. 9 5.3 传热系数 ......................................................................................................... 9 5.4 所需传热面积Ao ............................................................................................ 9 5.5 换热器裕度 ..................................................................................................... 9 设计结果汇总 ...................................................................................................... 10 设计评述 .............................................................................................................. 11

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1 概述

完善的换热器在设计或选型时应满足以下条件： 1 合理地实现所规定的工艺条件 2 安全可靠

3 有利安装、操作与维修 4 经济合理

设计或选型时，如果几种换热器都能完成生产任务的需要，这一指标尤为重要。

列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。 本设计就是

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2估算传热面积

2.1热流量

Qms2cp2(t2t1)560002.2(11070)1.369106W

2.2平均传热温差

Qms1cp1(T1T2)ms2cp2(t2t1)T2T1Q132Cms1cp1

tm逆(T1t2)(T2t1)(175110)(13270)63.5C

22查表得0.92

tmtm逆63.50.9258C

2.3传热面积

由于管程气体压力较高，故可选较大的总传热系数。有机溶剂和轻油间进

Wm2K1 行换热时的K大致为120~400初步设定设Ki250 Wm2K1则估算的传热面积

Qi1.369106A估'93.0 m2

25058.9Kitm

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3 选定换热器的型号

3.1换热器初步确定

由于两流体之间温差较大同时为了便于清洗壳程污垢，对于油品换热器，以采用浮头式列管换热器为宜。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。

采用折流挡板，可使作为被冷却的原油易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。

3.2确定管数和管长

在决定管数和管长时，首先要确定管内的流速ui。柴油黏度小于1 mPa·s为低黏油，查表得管内流速范围为0.8～1.8m·s-1。因管长可能较大（管程数较多），取ui=1 m·s-1。设所需单程管数为n， 25mm2.5mm的管内径为0.02m，根据管内体积流量解得

n4Vidi2ui46000/(7153600)57

/40.0221按单程管计算，所需的传热管长度为

l'A93.020.7m don3.140.02557若选用4.5m长的管，6管程，则一台换热器的总管数为576342根。查附录十九得相近浮头式换热器的主要参数见表2-1

表3-1 初选浮头式换热器的主要参数

项目 壳径D(DN) 管程数Np 管数n 中心排管数nc 管程流通面积Si

数据 900mm 6 426 16 0.0223

项目 管尺寸 管长l 管排列方式 管心距 传热面积

数据

25mm2.5mm

4.5

正方形斜转45° t=32mm 145㎡

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3.3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%，则切去的圆缺高度为H=0.25×900=225 mm ，故可取h=150 mm。

折流板间距一般在在0.2～1D之间。 取折流板间距h＝300mm，则： 折流板板数 NBl45001= －1=14 块 h300折流板圆缺面水平装配。 3.4其他附件

直径为12mm的拉杆6根。 3.5接管

3.5.1壳程流体进出口接管

取接壳内液体流速u20.5m/s

D14vu1456000/(3600815)0.221m

3.140.5圆整后取管271.6mm11mm 3.5.2管程流体进出口接管

取接管内液体流速u21m/s

D24vu2446000/(3600715)0.151m

3.141圆整后取管内直径为220.6mm10.1mm 3.6数据核算

每程的管数n1n/Np426/671， 管程流通面积Si2(/4)(0.02)2710.02231m

与查得的0.0233m2很好符合。

本科生课程设计

2第6页

传热面积Aldon4.50.025426150.56m比查得的145m2稍大，这是由于管长的一部分需用于在管板上固定管子。应以查得的A=145m2为准。

中心排管数nc，查得nc=16似乎太小，暂按下式计算

nc1.1942624

3.7管子在管板上的排列

32mm 44mm Ф=900mm

图3.1管子在管板上的排列

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4 阻力损失的计算

4.1管程 流速 uivi/360064.3/36000.801ms1 Si0.0223ρiuidi0.0200.80171517896.2 μi0.64103雷诺数 Rei摩擦系数 取钢管绝对粗糙度 0.1mm 相对粗糙度 /di0.1/200.005 根据Rei17896.2查表得i0.0385。 管内阻力损失

iui2i4.50.801 2715pii()0.0385()1986.7 Pa

di20.022ui2i0.801 2715)3()688.0 Pa 弯管阻力损失 pr3(22管程总损失

p(pp)FNN(1986.7 688.0 )1.411.422467Pa

tritsp4.2 壳程

取折流挡板间距0.3m

)0.09m 计算截面积 Soh(Dncdo)0.3(4.5240.025256000/36001u0.21 2m1s计算流速 o

8150.094t240.0322do0.0250.02 7当量直径 de 2do0.025雷诺数 Reoρouode0.0272 0.2121815705.7 3μo6.6510

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5.05.01.120 8摩擦系数 fo0.2280.228Re705.7折流挡板数

NB管束损失

l4.51114 h0.32uoo0.2121 2815p1Ffonc(NB1)()0.41.120824()3154.8 Pa22缺口损失

2ρo2huo20.30.2121 2815Δp2NB(3.5)()14(3.5-)()727.0 PaD20.92

壳程损失

ps(p1p2)FsNs(3154.8 727.0 )1.1514464.0 Pa

核算下来，管程及壳程的阻力损失都不超过30kPa，适用。

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5 传热计算

5.1 管程给热系数

Pricpiuii11.93

Nui0.02317896.2 0.811.930.3122.2

iNui(idi)122.2(0.133)812.4 Wm-2K1 0.0205.2 壳程给热系数

cpouo114.3

Proo现原油被加热,(/W)大于1,可取1.05.

Nuo0.36Reoo64.9(0.551/3Pr1/3(/W)0.140.36705.70.55114.31.050.1464.9 0.128)332.1 Wm-2K1 0.0255.3 传热系数

d11do110.0250.0251()ri(o)ro0.000180.000580.0054Koididio812.4 0.0200.020332.1

Ko186.8Wm-2K1

5.4 所需传热面积Ao

Q1.369106Ao124.5 m2

Kotm186.828.95.5 换热器裕度

AAo145.5-124.5100%100%16.91% A124.5与换热器列出的面积A=145.5㎡,有16.91%的裕度,从阻力损失和传热核算看,所选的换热器适用.

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设计结果汇总

名称 换热器型式 使用材料 管子规格 管数 根 管长 mm 管间距 mm 中心排管数 nc 管子排列方式 折流挡板型式 折流挡板间距 mm 折流挡板切口高度 壳体内径 mm 程数 流通面积 m2 传热面积 m2 物料名称

操作温度 ℃（进/出） 流量 kg/h 流速 m/s 热负荷 kw 流体流动形式 对流传热系数 w/m2·k 总传热系数 w/m2·k 裕度 压力降 Pa

管程

浮头式列管换热器 碳钢

壳程

碳钢

25mm2.5mm

426 4500 32 25

正方形斜转45° 弓形 300 25% 900 6 0.0223

1 0.1

145.5

馏分Ⅱ 175/132 46000 0.801 1369 逆流

石油 70/110 56000 0.212

812.4 186.8 16.91 % 22467

332.1

4464.0

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设计评述

设备使用常规的换热管，采用大壳径标准规格列管换热器，换热效果好，对动力设备要求较低，而且采用浮头式设计，便于设备的清理和维护。有

效降低了操作的成本。有利于工业化生产。

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参考文献

1] 申迎华，郭晓刚．化工原理课程设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2009：

[2] 柴城敬．化工原理课程设计指导［Ｍ］．天津：天津大学出版社，1999：

[3] 林大钧，于传浩，杨静．化工制图［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2007：

[4] 中国石化集团．化工工艺设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2009：

[5]谭天恩,窦梅．化工原理［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2009：