化工系統(tǒng)工程大作業(yè)

1、第一題一管殼式換熱器，單殼程、雙管程，用渣油預(yù)熱原油。渣油的質(zhì)量流量是Wh68250kg / h ，入口溫度為Th382 o C，原油的質(zhì)量流量是Wc175000入口溫度為Tc275o ，求原油的出口溫度，換熱器的總傳kg / hC熱系數(shù)，傳熱效率。換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：傳熱面積A=130 m2殼體直徑D=0.7 m管子規(guī)格25 2.5 mm管中心距P=32 mm，正方形排列管長(zhǎng)L=6 m管程通道截面積AT=0.0459 m2殼程通道截面積AS=0.0525 m2渣油側(cè)的污垢熱阻R 渣油 0.0005 m2K/W原油側(cè)的污垢熱阻R 原油 0.0001 m2K/W解：1初設(shè)出口溫度 Th2 或

2、Tc2 。1）設(shè)定熱容流率較小一側(cè)流體的出口溫度。 Wh = 68250 /hWc=175000 /h顯然：Wh WcWhCph WcCpc即：熱流體一側(cè)熱容流率較小，所以設(shè)熱流體一側(cè)出口溫度。Th2Th1(Th1 Tc1)0.5382 0.5( 382 275) 328.52）進(jìn)一步估算冷流體出口溫度Tc2 =Tc1+Wh/Wc（Th1-Th2）=275+68250/175000（382-328.5）=295.9( )故初設(shè)： Th2=328.5( )Tc2=295.9( )2 . 計(jì)算物性參數(shù)及傳熱系數(shù)；1）定性溫度：Tmc=（Tc2+Tc1)/2= （295.9+275)/2=285.5

3、()Tmh= (Th2+Th1)/2= (382+328.5)/2=355.25()2) 計(jì)算物性參數(shù) : 密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度。相對(duì)密度 DD0.9420.248 X0.174( D20 ) 2 0.08410.312 X0.556 exp( X )式中 X=1+t/100 ; tXD 20D20定性溫度 ； A密度：1000DD2020時(shí)油品相對(duì)密度， D20渣油 0.919 ， D20原油 0.850Xh1T 1004.5525Xc1T 1003.8551D h0 . 9420 . 248 X h0 . 174 ( D20h ) 20 . 08410 . 312X h0 . 556

4、exp(X h )X hD 20 hD 20hDh=0.6866同理 Dc=0.6227 。比熱 CpCp0.7072 (0.00147 0.000551D20)t 0.318 D20 (0.055 K 0.35) kcal/(kg oC)式中， K 為油品特性因數(shù)，可查取或?qū)崪y(cè)對(duì)渣油，K 渣油 12.5對(duì)原油，K 原油 12.5Cph=0.7857KcalCpc=0.7499 KcalkgCkgC導(dǎo)熱系數(shù) 0.100810.00054t / D20oh0 . 1008(10 .00054Tmh) Dc 0 .1008 (10 . 00054 Tmc ) D單位Kcal( mCh )20 h2

5、0 c0 .08864 0 . 1003粘度 (單位為 cSt1cSt=10-6 m2/s)注意區(qū)別動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度，運(yùn)動(dòng)粘度單位 :cStexp exp ab ln(t273)1.22 cst式中：aln ln(11 .22 ) bln( t 1273 )bln(11 .22 )t1273ln/ lnt 2z渣油 ;y原油ln(21 . 22 )273t1501 z15001 y90t 21002 z1202 y132hc1 .61710 60 .6013106SI 單位為 :/s3、據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸求i ,0, Ka、安排流程：管程： I，h ，渣油熱流體，易結(jié)垢，粘度大，管內(nèi)易清洗，

6、熱損失少。殼程： O，C 原油 冷流體。b、分別計(jì)算管程和殼程的流速。注意單位： 由 （ /h）換算為 u 的單位（m/s）WhWhu0Wcui0 .6021.487A ih A hh 3600cA0N單位是： m/sc、計(jì)算Re，Pr 準(zhǔn)數(shù)。Red i u ihd i i7455 .66ihhRed 0 e u 0c. 90c67285PrC phhC phhhi41 . 1193hhPrC pccC pc u cc11 . 690cc其中： di=0.025-20.0025=0.024 ( p 2d 0 2 )4d eod 04 ( 0 .032 20 .025 2 )40 .027180

7、 .025d、 計(jì)算0 ， i ；ai0.023Re0.8 Pr0.33(u / uw)0.14da00.36Re0.55 Pr0.33(u / uw)0.14de30.527Re 0 0 .5cPr0de 0Re 0 0 .550 .36hRe i 0.8Pri0 .023di0 0 .33i 0 . 33Re20001352 .365 .Re2000435 .48e、進(jìn)行壁溫校正：Qc=WcCpc（Tc2-Tc1）Qh=WhCph（Th1-Th2）據(jù)：冷側(cè)： TwcTmcTwc=（ Tc1+Tc2） /2+Qc/（0A0 ）熱側(cè)： Twh TmhTwh=（Th1+Th2）/2Qh/（i A

8、i ）Qc = WcCpc(Tc2 Tc1)= 3.18 106QH =WhCph(Th1 Th2)= 3.3 106只估算一側(cè)壁溫，認(rèn)為Twc =Twhf、求 K 0：1K0=R0 + 1/ 0+ (d0/ di) Ri + (d0/ di)= 215.41A ond o LA ind i LJ/sJ/s1/ 0g、求= 0.3746NTU 1 (Cmin Cmax)2KANTU( WCp) min2e ()1(C min C max)1(C min C max)2 1(1e ()4、 計(jì)算 TH2 ：T H2 = T H1 -（ T H1 T C1）=382-0.3746(382-275)

9、=341.90CT - TH2 0.1H2所以重新計(jì)算 TC2、 Tmc、Tmh、物性參數(shù)等等。第一次計(jì)算數(shù)據(jù)：4Th1Th2TmhD20hXhDhCph382328.5355.250.9194.55250.6866430.785686Tc1Tc2TmcD20cXcDcCpc275295.9285.450.853.85450.6226930.749927 ha zbzh hAtWh0.08864318.917-2.92961.616731.6167*10-60.045968250 caybyc cAsWc0.10030922.81-3.68710.6013640.6013*10-60.0525

10、175000UidiReiPriiCmax0.6015290.027441.29841.19797435.0817131237.2U0de0Re0Pr 00KCmin1.4869690.027267256.3911.721811352.365215.271653623.08NTUTh20.5218890.5637730.374406341.9386第一次迭代過(guò)程及結(jié)果：Th1Th2TmhD20hXhDhCph382341.9386361.96930.9194.6196930.6805840.792404Tc1Tc2TmcD20cXcDcCpc275290.624282.8120.853.828

11、120.6256960.747185 hazbzh hAtWh0.08824518.917-2.92961.5274071.5275*10-60.045968250 caybyc cAsWc0.10047822.81-3.68710.6206990.6207*10-60.0525175000UidiReiPriiCmax0.6068840.027946.59739.08365448.6338130757.4U0de0Re0Pr 00KCmin1.4798330.027264848.612.092231367.653220.13854081.57NTUTh20.5291620.5726380.3

12、77652341.59125第二次迭代及結(jié)果：Th1Th2TmhD20hXhDhCph382341.5912361.80.9194.6180.6807360.792235Tc1Tc2TmcD20cXcDcCpc275290.756282.8780.853.828780.6256210.747254 hazbzh hAtWh0.08825518.917-2.92961.5295781.5296*10-60.045968250 caybyc cAsWc0.10047322.81-3.68710.6202070.620210-60.0525175000UidiReiPriiCmax0.6067480

13、.027933.53739.13517448.2896130769.4U0de0Re0Pr 00KCmin1.4800110.027264907.812.082821368.242220.040554070.02NTUTh20.5290410.5724810.377602341.5966由第二次可以看出Th2 Th2 = 0.0054 0.1結(jié)束計(jì)算。故原油的出口溫度為 341.597 0 C，換熱器的總傳熱系數(shù)為 220.041 W/（ 0C），傳熱效率是 0.3776.6第二次大作業(yè)用黃金分割法求下面問題的最優(yōu)解，minf （x）=e xx 2，s.t2x3精度要求，將原始區(qū)間縮短5 倍。

14、解： a=-2 b=3x1b（ ba）30.618034 （32)0.09017x 2a（ ba）20.618034 （32） 1.09017f （ x1）1.10249f （ x 2） 1.5246f（ x1） 0.9219 f （ x 2） 1.5246a=-2 b=1.09107x1b（ b - a） 1.09017 0.618034 （1.090172） 0.81996x2a（ b - a)20.618034 (1.09017 2)0.09017f （ x1） 1.1124f（ x 2） 1.10249f （ x 20.09017） 1.10249 f（ x10.81966） 1.1124a=-0.81966 b=1.09017x10.09017f（ -0.09017） =1.10249x2 a （ b - a） 0.36067f （ x 2） 0.82729f （ x 2） f （0.36067）0.82729 f （ x 1） f（ 0.09017）1.1.249舍去 a. x1 a=-0.09017 b=1.09017x1 0.36037 f