化工系统工程大作业

1、第一题一管壳式换热器，单壳程、双管程，用渣油预热原油。渣油的质量流量是，入口温度为 ，原油的质量流量是 入口温度为 ，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：传热面积 A=130 m2壳体直径 D=0.7 m管子规格 252.5 mm管中心距 P=32 mm，正方形排列管长 L=6 m管程通道截面积 AT=0.0459 m2壳程通道截面积 AS=0.0525 m2渣油侧的污垢热阻 R渣油0.0005 m2K/W原油侧的污垢热阻 R原油0.0001 m2K/W解：1 初设出口温度Th2或Tc2 。 1）设定热容流率较小一侧流体的出口温度。 Wh = 68250 /h

2、 Wc= /h 显然： Wh Wc WhCph WcCpc即：热流体一侧热容流率较小，所以设热流体一侧出口温度。2）进一步估算冷流体出口温度Tc2 =Tc1+Wh/Wc（Th1-Th2） =275+68250/（382-328.5） =295.9 () 故初设：Th2=328.5() Tc2=295.9() 2 .计算物性参数及传热系数；1）定性温度： Tmc=（Tc2+Tc1)/2=（295.9+275)/2=285.5() Tmh= (Th2+Th1)/2= (382+328.5)/2=355.25() 2) 计算物性参数:密度、比热、导热系数、粘度。 相对密度D 式中 X=1+t/100

3、 ; t定性温度 ； A密度： D2020时油品相对密度，D20渣油0.919，D20原油0.850 Dh=0.6866 同理 Dc=0.6227 。比热Cp式中，K为油品特性因数，可查取或实测对渣油， K渣油12.5对原油， K原油12.5Cph=0.7857 Cpc=0.7499导热系数 单位 粘度(单位为cSt 1cSt=10-6 m2/s) 注意区别动力粘度 和运动粘度 ，运动粘度单位:cSt式中： z渣油;y原油 SI单位为:/s3、据换热器的结构尺寸求a、安排流程： 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。b、分别计算管程和

4、壳程的流速。注意单位 ： 由 （/h）换算为u的单位 （m/s）单位是：m/sc、计算 Re，Pr 准数。 其中：di=0.025-20.0025=0.02d、 计算 a0 ，ai ；e、进行壁温校正： Qc=WcCpc（Tc2-Tc1） Qh=WhCph（Th1-Th2） 据：冷侧：TwcTmc Twc=（Tc1+Tc2）/2+Qc/（ a0A0） 热侧： TwhTmh Twh=（Th1+Th2）/2Qh/（ aiAi）Qc = WcCpc(Tc2 Tc1)= 3.18 106 J/s QH =WhCph(Th1 Th2)= 3.3 106 J/s 只估算一侧壁温，认为 Twc =Twhf、

5、求 K0： 1 K0 = R0 + 1/a0+ (d0/ di) Ri + (d0/ di) 1/a0 = 215.41 g、求 e = 0.3746 4、 计算 TH2 ： TH2 = TH1 - e （ TH1 TC1） =382-0.3746(382-275) =341.9 0C TH2 - TH2 0.1 所以重新计算TC2、Tmc、Tmh、物性参数等等。第一次计算数据：Th1Th2TmhD20hXhDhCph382328.5355.250.9194.55250.0.Tc1Tc2TmcD20cXcDcCpc275295.9285.450.853.85450.0.ha zbzhhAtWh

6、0.18.917-2.92961.616731.6167*10-60.045968250caybyccAsWc0.22.81-3.68710.0.6013*10-60.0525UidiReiPriiCmax0.0.027441.29841.19797435.0817.2U0de0Re0Pr00KCmin1.0.027267256.3911.721811352.365215.271653623.08NTUTh20.0.0.341.9386第一次迭代过程及结果：Th1Th2TmhD20hXhDhCph382341.9386361.96930.9194.0.0.Tc1Tc2TmcD20cXcDcCp

7、c275290.624282.8120.853.828120.0.hazbzhhAtWh0.18.917-2.92961.1.5275*10-60.045968250caybyccAsWc0.22.81-3.68710.0.6207*10-60.0525UidiReiPriiCmax0.0.027946.59739.08365448.6338.4U0de0Re0Pr00KCmin1.0.027264848.612.092231367.653220.13854081.57NTUTh20.0.0.341.5912第二次迭代及结果：Th1Th2TmhD20hXhDhCph382341.5912361

8、.80.9194.6180.0.Tc1Tc2TmcD20cXcDcCpc275290.756282.8780.853.828780.0.hazbzhhAtWh0.18.917-2.92961.1.5296*10-60.045968250caybyccAsWc0.22.81-3.68710.0.-60.0525UidiReiPriiCmax0.0.027933.53739.13517448.2896.4U0de0Re0Pr00KCmin1.0.027264907.812.082821368.242220.040554070.02NTUTh20.0.0.341.5966由第二次可以看出Th2 Th2 = 0.0054 0.1 结束计算。故原油的出口温度为341.597 0C，换热器的总传热系数为220.041 W/（0C），传热效率是0.3776.第二次大作业用黄金分割法求下面问题的最优解，minf（x）= ，s.t 精度要求，将原始区间缩短5倍。解：a=-2 b=3 a=-2 b=1.09107a=