化工原理设计换热器设计

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1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过0.5×105Pa。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。（设计说明书及图纸均须手工完成）

四、定性温度下流体物性数据

推荐总K=45~280 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,1999

2、柴诚敬.化工原理课程设计. 1版.天津:天津大学出版社,1994

3、匡国柱.化工单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,2003

目录

1.设计任务书 (1)

2.概述 (2)

3.设计条件及物性参数表 (2)

4.方案设计和拟定 (3)

5.设计计算 (6)

6.热量核算 (11)

7.参考文献 (16)

8.心得体会 (17)

1．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

2.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0.3×105Pa

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管程及壳程的选取

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，冷凝传热系数及流速关系不大

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(Re>100)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