【文章內(nèi)容簡介】 3。 （ 1）支座的設(shè)計(jì)選型 十 ． 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表 十一 ． 設(shè)計(jì)總結(jié) 十 二 .主要符號說明 十三 .參考文獻(xiàn) 齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 3 頁 30 齊齊哈爾大學(xué) 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 專業(yè)：過程裝 備與控制工程 班級： 姓名：何 . 學(xué)號： 202011?? 1. 設(shè)計(jì)題目：原油加熱器的設(shè)計(jì) 2. 操作條件： （ 1）處理量： 柴油處理量： 34000kg/h 原油處理量： 44000kg/h （ 2） 設(shè)備型式： 浮頭式換熱器 （ 3） 操作條件： 柴油： 進(jìn)口溫度： 175℃ 原油： 進(jìn)口溫度： 70℃ 出口溫度 。 110℃ 設(shè)計(jì)條件： （ 1）：兩側(cè)污垢熱阻為 m℃ /w （ 2）：管程兩側(cè)壓降小于或等于 at,殼程小于 at （ 3）：熱損失 5% ，完成生產(chǎn)任務(wù)。 齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 4 頁 30 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體 的設(shè)備，又稱 熱交換器 。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常用作把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。換熱器既可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱交換器的噸位約占整個(gè)工 藝設(shè)備的 20%有的甚至高達(dá) 30%，其重要性可想而知。 管殼式 管殼式換熱器 是一個(gè)量大而品種繁多的產(chǎn)品，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料。我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進(jìn)展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強(qiáng)化傳熱，效果將更好，一些制造單位已較好的掌握 了鈦材的加工制造技術(shù)。 浮頭換熱器的 浮頭部分結(jié)構(gòu)，按不同的要求可設(shè)計(jì)成各種形式，除必須考慮管束能在設(shè)備內(nèi)自由移動外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。 齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 5 頁 30 在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮浮頭管板的外徑 Do。該外徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑 Di，一般推薦浮頭管板與殼體內(nèi)壁的間隙 b1=3~5mm。這樣，當(dāng)浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內(nèi)抽出。以便于進(jìn)行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進(jìn)行裝配，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮保證浮頭蓋在裝配時(shí)的必要空間。 鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起著重要作用。隨著幞頭式換熱器的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長期以來使用經(jīng)驗(yàn)的 積累，鉤圈的結(jié)構(gòu)形式也得到了不段的改進(jìn)和完善。 鉤圈一般都為對開式結(jié)構(gòu)，要求密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。 浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在長期使用過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。盡管受到不斷涌現(xiàn)的新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也不斷促進(jìn)了自身的發(fā)展。故迄今為止在各種換熱器中扔占主導(dǎo)地位。 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： （ 1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程； （ 2）介質(zhì)間溫差不受限制； （ 3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于 450 度，壓力小于等于 兆帕； （ 4）可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場合； （ 5）可用于管程易腐蝕場合。 齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 6 頁 30 三 、設(shè)計(jì)條件及主要物性 由設(shè)計(jì)任務(wù)書可得設(shè)計(jì)條件如下表： 類型 體積流量 （標(biāo)準(zhǔn) kg/h） 進(jìn)口溫度 （ ℃） 出口溫度 （℃） 柴 油 （管內(nèi)） 34000 175 原油 （管外） 44000 70 110 Qy =Qc Wy Cpy(T1－ T2) = Wc Cpc (t1－ t2) 44000 （ 110－ 70） =34000 （ 175－ t2） 柴油出口溫度： t2=≈ 127 ℃ 可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。管程 柴油 的定性溫度為 1512 127175 ???T ℃ 殼程 原油 的定性溫度為 90211070 ???t ℃ 流體有關(guān)物性數(shù)據(jù) 根據(jù)由上面兩個(gè)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) 原油 在 90℃，下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 物性 密度 ρ i （ kg/m3） 比熱容 cpi [kJ/(kg℃ )] 粘度 μ i （ Pa s） 導(dǎo)熱系數(shù) λ 0 （ Wm 1℃ 1） 原油 815 103 柴油 在 151℃的物性數(shù)據(jù)如下： 物性 密度 ρ o （ kg/m3） 比熱容 cpo [kJ/(kg℃ )] 粘度 μ o （ Pa s） 導(dǎo)熱系數(shù) λ i（ Wm 1℃ 1） 柴油 715 103 四 、確定設(shè)計(jì)方案 選擇換熱器的類型 由于溫差較大和要便于清洗殼程污垢，對于油品換熱器，以采用 參 數(shù) 齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 7 頁 30 Fe系列的浮頭式列管換熱器為宜。 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。 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(shí)即可達(dá)到湍流，有利于提高其傳熱膜系數(shù)。 五 、 估算傳熱面積 Q= 106 KJ/h= 106W 平均傳熱溫差 mt? = 2 )()( 1221 tTtT ??? =61℃ 傳熱面積 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 m2℃ 1。根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)》 P14， 公式 12，則估算的傳熱面積為 0 6m39。 ?????? i iK QA 估 m2 六 ．工程結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 選用φ 25 的傳熱管 (碳鋼管 8631 密度 7850kg/m179。)；由 《化工原理及設(shè)備課程設(shè)計(jì) 》 主編（李芳） P4表 1－ 1得管殼式換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù)， 粘性液體流速為（ m/s） 可設(shè) 流速 u＝ 1m/s，用 u計(jì)算傳熱膜系數(shù)，然后進(jìn)行校核。 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 8 )3 6 0 07 1 5/(3 4 0 0 0422 ???????iiisudVn ? (根 ) 按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為 ????? sindSL ? m 按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)取傳熱管長 l= 7 m ，則該換熱器管程數(shù)為 Np=L / l=≈ 4（管程） 傳熱管總根數(shù) N = 42 4= 168 （根）。 單根傳熱管質(zhì)量 0m l d? ? ?? 鋼 ＝ 7850 7 = 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 依《化工單元操作 課程設(shè)計(jì)》 主編（柴誠敬） P61 齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 8 頁 30 平均 傳熱溫差校正系數(shù) R＝70110 12717512 21 ????? tt TT＝ P＝70175 7011011 12 ????? tT tt＝ 依 《化工單元操作 課程設(shè)計(jì)》 主編（柴誠敬） P53， 表查得 ， ??t? △ tm= t?? △t m’ =61 = ℃ 由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于 ，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。 傳熱管的排列和分程方法 采用組合排列法，即每程內(nèi)均 按 正四邊形 排列，其優(yōu)點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體走短路的機(jī)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《化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 》 主編（任曉光） P20， 管間距，取管間距： t ＝ ==32 mm 。 P22 S=t/2+6=32/2+6=22 mm 取各程相鄰管的管心距為 44mm。 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η =，由《 化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 》 主編（任曉光）P33，得殼體內(nèi)徑為 齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 9 頁 30 D = /n? = 32 , 查閱《 化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 》 P33：熱交換器 標(biāo)準(zhǔn)尺寸 ，取 D =600mm。 折流板 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= 600=150 mm ，故可取 h=150 mm。 上書 P34 取折流板間距 B=，則 B= 600=360 mm。 取板間距 H＝ 150mm，則： 折流板數(shù) NB=折流板間距 傳熱管長－ 1= 3607000 － 1=≈ 19 塊 折流板圓缺面水平裝配。 由 《 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 》 P215 710知 選擇 直徑為 10mm的拉桿 4根。 （ 1）殼程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)液體流速 u1=, )8153600/(4400044 11 ? ???? uvD ?=(m) 圓整后取管 內(nèi)直徑為 200mm.