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正文內(nèi)容

柴油加熱器設(shè)計(jì)說明書(編輯修改稿)

2024-10-04 16:00 本頁面
 

【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(dòng)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)?,F(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(huì)少,且管外流體擾動(dòng)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.
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