化学过程分析与合成大作业.doc

管壳式换热器的数学模型及模拟计算已知：一管壳式换热器，单壳程、双管程，用渣油预热原油。渣油的质量流量: 入口温度:原油的质量流量: 入口温度:求：原油的出口温度，换热器的总传热系数，传热效率。换热器的结构参数如下：换热器结构参数传热面积：A=130 m2管程通道截面积：AT=0.0459 m2壳体直径：D=0.7 m壳程通道截面积：AS=0.0525 m2管子规格：252.5 mm渣油侧的污垢热阻：R渣油0.0005 m2K/W管 长：L=6 m原油侧的污垢热阻：R原油0.0001 m2K/W1模型分析1.1数学模型的建立热横算方程（忽略热损失）：传热速率方程：1.2模型分析热横算方程中：，均为的函数。传热速率方程中：均为温度的函数，为的函数总传热面积 均与温度无关所以模型很难直接求解，只能采用试差法即迭代法。1.3 模型求解思路设定计算物性参数即对流传热系数计算不等比较设定值与计算值相等结束2出口温度及 的设定利用传热单元数法给出的传热效率表达式进行估算。 传热效率：2.1 估算热流体的出口温度虽然此换热器的传热效率我们目前也不知道，但其值总在0.5左右， 因为： = 68250 /h =175000 /h 显然： 即热流体一侧的热容流率较小,则有据此，可设定热流体一侧的出口温度。 初设2.2估算冷流体的出口温度由于此时： ，均未知，则暂时先认为，相等，根据热量恒算式： 有： 则有： 初设至此： Tc2设，Th2设 均已设定,初设，3 物性参数的计算3.1 定性温度3.2物性参数的计算3.2.1密度 其中D相对密度 式中： X=1+T/100； T定性温度； D2020时油品相对密度D20h0.919； D20c0.850代入数据得：3.2.2比热式中，K为油品特性因数，可查取或实测对渣油， 对原油， T-定性温度3.2.3导热系数3.3.4粘度运动粘度单位:cst 1 cst =10-6 /s式中： z-渣油，y-原油渣油：原油： SI单位 为:/s4 传热系数的计算管程：I，h ，渣油 热流体，易结垢，粘度大，管内易清洗，热损失少。 壳程：O，C ，原油 冷流体。4.1分别计算管程和壳程的流速 注意单位 ： 由 （/h）换算为u的单位 （m/s）管程（热流体）：管壳（冷流体）：4.2 计算 Re，Pr 准数由已知得：管中心距 正方形排列4.3 计算 ，4.4 估算壁温假设壳程的换热面积又因为 则有假设管程的换热面积又因为 则有根据经验可知壳程的换热面积与总传热面积比较相近，所以据：热侧： 冷侧： 只估算一侧壁温，可认为因为则有：因为则有： 4.5 求换热器的总传热系数因为 忽略壁面热阻，则有： 5 计算两侧流体的出口温度，5.1计算两侧流体的热容流率 令： 热容流率较小者 热容流率较大者5.2 计算换热器的传热单元数 5.3 求,令 : 5.4计算换热器传热效率不同的换热器，其传热效率计算公式不同。对于逆流单壳程偶数管程列管换热器来说，其传热效率的计算公式为： 5.5 计算两侧流体的出口温度，根据计算得到的传热效率计算换热器冷流体（或热流体）的出口： 5.6 比较设定出口温度值与计算值比较：（或）与（或）的大小。两者的差值在精度要求（）范围之内，则将计算结果打印输出；否则，以代替 ，以 代替 ；返回第二步，重新计算定性温度、物性参数等。 -= 不符合要求所以令：，重新算 、物性参数等等。 利用Excel迭代计算：计算结果如下：换热介质的有关物理性质质量流量入口温度（）渣油（热）68250382原油（冷）175000275换热器的结构参数传热面积m2130管程通道截面积m20.0459壳体直径m0.7壳程通道截面积m20.0525管子规格252.5mm渣油侧的污垢热阻m2K/W0.0005管中心距mm32原油侧的污垢热阻m2K/W0.0001管长m612345设热流体出口温度Th2328.5333.4032921317.5531249317.0851317.4065冷流体出口温度Tc2295.865323.5967079339.4468751339.9149339.5935定性温度Tmc285.4325299.298354307.2234375307.4575307.2968定性温度Tmh355.25357.701646349.7765625349.5425349.7032Xc3.8543253.992983544.0722343754.0745754.072968Xh4.55254.577016464.4977656254.4954254.497032Dc0.6227132970.6068386380.5977022630.5974320.597618Dh0.6866432410.6844342620.6915663050.6917770.691632Cpc0.7499085940.7643181540.7725539950.7727970.77263Cph0.7856862090.7881372850.7802140460.779980.780141c0.100309810.0994218730.0989143690.0988990.09891h0.0886431250.0884979150.0889673150.0889810.088972c0.6011095840.5091185420.4629256690.4616250.462518h1.6133602151.5800768551.6910346531.6944641.692108ac22.8114248522.8114248522.8114248522.8114222.81142bc-3.687380407-3.687380407-3.687380407-3.68738-3.68738ah18.9172786718.9172786718.9172786718.9172818.91728bh-2.929820425-2.929820425-2.929820425-2.92982-2.92982c622.713297606.8386377597.7022628597.4318597.6175h686.6432408684.4342618691.5663047691.7765691.6322壳程流速u01.4869217191.5258190041.5491424131.5498441.549362管程流速ui0.6015286540.6034700590.5972465430.5970650.59719Reo67233.2190481457.9653790955.6191391253.2691048.76Rei7456.8425397638.4899577063.681897047.2467058.529Pr010.074168648.55040877.7797943997.7580357.772971Pri35.3483433634.672191136.9208861136.9901436.9425601501.6662961275.9325581307.4098811308.3531307.705i483.3875473439.9669091424.1723214423.7104424.0276Qc3194563.7397583433031024223710189325Qh3346974.1473049707.3654003732.68940316004012465Twc=Twh301.7966997345.0171506367.0315958367.6755367.23340（新）1501.6662961275.9325581307.4098811308.3531307.705i（新）602.06654352311.8073172231.084052137.8432200.863K0288.4247052487.9374577487.7723202482.1552485.9896Co131234.0039133755.6769135196.949135239.5135210.3CH53623.083853790.3696853249.6086753233.6453244.61NTU0.6992363931.1792421191.1908144161.1774541.186574R0.4086066280.4021539190.393866940.3936250.3937910.7553563641.2710281481.2798519491.2653881.2752610.454174840.6023072430.