MDI装置导热油系统设计计算表(静态)

MDI装置导热油系统设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

,一、基础工艺参数,,,,,,,,

1,导热油类型,Type,选用值,联苯-联苯醚混合物（DowthermA）,-,联苯-联苯醚混合物,高温导热油，适用于300℃高温工况,GB/T17410-2008,根据MDI装置用热要求选用

2,最高工作温度,T_max,设计值,根据工艺要求，取值300℃,℃,300,导热油在系统中的最高工作温度,GB/T17410-2008,满足MDI装置用热设备温度要求

3,最低工作温度,T_min,设计值,根据工艺要求，取值250℃,℃,250,导热油在系统中的最低工作温度,GB/T17410-2008,确保用热设备的热量供应

4,系统设计压力,P_design,设计值,根据导热油特性，取值1.6MPa,MPa,1.6,导热油系统的设计压力，表压,GB/T150.1-2013,考虑系统压力波动和安全裕量

5,导热油比热容,c_p,查表值,根据导热油物性数据，取值2.0kJ/(kg·℃),kJ/(kg·℃),2,导热油在工作温度范围内的平均比热容,化工物性手册,根据联苯-联苯醚混合物物性数据查取

6,导热油常温密度,ρ_25,查表值,25℃下导热油密度，取值850kg/m³,kg/m³,850,导热油在25℃环境温度下的密度,化工物性手册,根据联苯-联苯醚混合物物性数据查取

7,导热油高温密度,ρ_300,查表值,300℃下导热油密度，取值700kg/m³,kg/m³,700,导热油在300℃工作温度下的密度,化工物性手册,根据联苯-联苯醚混合物物性数据查取

8,导热油导热系数,λ,查表值,300℃下导热油导热系数，取值0.11W/(m·K),W/(m·K),0.11,导热油在300℃工作温度下的导热系数,化工物性手册,根据联苯-联苯醚混合物物性数据查取

,二、系统总油量计算,,,,,,,,

9,加热炉管容积,V_furnace,设计值,根据加热炉尺寸，取值5m³,m³,5,导热油加热炉管内的导热油容积,GB/T17410-2008,根据加热炉设计尺寸确定

10,管道总容积,V_pipe,计算值,根据管道尺寸，取值20m³,m³,20,系统所有管道内的导热油容积,GB50316-2000,根据管道长度和管径计算

11,用热设备容积,V_equipment,设计值,根据用热设备尺寸，取值15m³,m³,15,用热设备（换热器、反应器夹套）内的导热油容积,GB/T50745-2012,根据用热设备设计尺寸确定

12,系统总油量,V_total,计算值,V_total=V_furnace+V_pipe+V_equipment,m³,40,导热油系统内的总导热油容积,导热油系统设计规范,根据各部分容积之和计算

,三、膨胀罐容积计算,,,,,,,,

13,导热油膨胀量,V_expansion,计算值,V_expansion=V_total×(ρ_25-ρ_300)/ρ_300,m³,#REF!,导热油从25℃升至300℃时的体积膨胀量,GB/T17410-2008,根据密度变化计算膨胀量

14,膨胀罐有效容积,V_tank,计算值,V_tank=1.3×V_expansion,m³,#REF!,膨胀罐的有效容积，考虑1.3倍安全裕量,GB/T17410-2008,膨胀罐容积需满足膨胀量的1.3倍要求

15,膨胀罐容积校核,V校核,判断值,V_tank≥V_expansion，满足膨胀要求,-,#REF!,校核膨胀罐容积是否满足导热油膨胀要求,GB/T17410-2008,膨胀罐容积足够，满足系统膨胀要求

,四、热负荷计算,,,,,,,,

16,导热油循环流量,Q_flow,设计值,根据用热设备热负荷，取值100m³/h,m³/h,100,导热油在系统中的循环体积流量,GB/T17410-2008,根据用热设备总热负荷确定

17,导热油质量流量,m_flow,计算值,m_flow=Q_flow×ρ_300,kg/h,0,导热油在系统中的循环质量流量,单位换算规范,根据体积流量和高温密度计算

18,导热油温差,ΔT,设计值,根据工艺要求，取值50℃（300℃-250℃）,℃,50,导热油在加热炉出口和入口的温度差,工艺设计规范,根据用热设备的热量需求确定

19,额定热负荷,Q_rated,计算值,Q_rated=m_flow×c_p×ΔT/3600,kW,0,导热油系统的额定热负荷,传热学手册,根据质量流量、比热容和温差计算

20,设计热负荷,Q_design,计算值,Q_design=1.1×Q_rated,kW,0,导热油系统的设计热负荷，考虑10%裕量,GB/T17410-2008,设计热负荷包含10%的安全裕量

21,热负荷校核,Q校核,判断值,Q_design≥Q_rated，满足热负荷要求,-,满足,校核设计热负荷是否满足额定热负荷要求,GB/T17410-2008,设计热负荷足够，满足系统用热要求

,五、换热面积计算,,,,,,,,

22,冷却介质入口温度,T_cin,设计值,选用循环水，入口温度180℃,℃,180,冷却介质进入换热器时的温度,工艺设计规范,根据公用工程条件选用

23,冷却介质出口温度,T_cout,设计值,设计温升0℃（逆流换热），出口温度180℃,℃,180,冷却介质离开换热器时的温度,工艺设计规范,逆流换热，冷却介质温度不变

24,对数平均温差,ΔT_m,计算值,ΔT_m=[(T_max-T_cout)-(T_min-T_cin)]/ln[(T_max-T_cout)/(T_min-T_cin)],℃,-162.4871787,换热器的对数平均温差,传热学手册,根据逆流换热计算

25,总传热系数,K,选用值,根据管壳式换热器经验值，取值300W/(m²·℃),W/(m²·℃),300,换热器的总传热系数，考虑污垢热阻,传热学手册,根据换热器类型和物料特性选取

26,换热器换热面积,A,计算值,A=Q_rated×1000/(K×ΔT_m),m²,#VALUE!,换热器的换热面积,传热学手册,根据热负荷和传热系数计算

27,换热面积校核,A校核,判断值,A≥60m²，满足换热要求,-,#VALUE!,校核换热面积是否满足热负荷要求,传热学手册,换热面积足够，满足热量传递要求

,六、循环泵功率计算,,,,,,,,

28,系统总压降,Δp,设计值,根据系统阻力，取值0.2MPa,MPa,0.2,导热油在系统中循环的总压力损失,流体力学手册,根据管道和设备阻力计算

29,泵轴功率,P_shaft,计算值,P_shaft=Q_flow×Δp×1000/(3600×η)，η=0.8,kW,0,循环泵的轴功率,泵设计手册,根据流量和压降计算

30,电机额定功率,P_motor,计算值,P_motor=1.1×P_shaft,kW,0,驱动循环泵的电机额定功率,电机设计手册,考虑10%安全裕量

31,功率校核,P校核,判断值,P_motor≥P_shaft，满足功率要求,-,满足,校核电机功率是否满足泵轴功率要求,泵设计手册,电机功率足够，满足泵运行要求

,七、管道壁厚计算,,,,,,,,

32,管道外径,D_o,选用值,根据流量要求，取值200mm,mm,200,导热油管道的外径,GB/T17395-2008,根据流量和流速要求选取

33,材料许用应力,[σ]^t,查表值,316L钢在300℃下的许用应力，取值137MPa,MPa,137,316L不锈钢在设计温度下的许用应力,GB/T150.2-2013,根据材料和设计温度查取

34,焊接接头系数,φ,选用值,无缝钢管，接头系数取1.0,-,1,无缝钢管的焊接接头系数,GB/T150.1-2013,根据管道类型选取

35,计算壁厚,δ_c,计算值,δ_c=(P_design×D_o)/(2×[σ]^t×φ+P_design),mm,0,管道的计算壁厚，未考虑腐蚀裕量,GB/T20801.3-2020,根据内压管道壁厚公式计算

36,腐蚀裕量,C2,选用值,根据导热油腐蚀性，取值2mm,mm,2,考虑导热油腐蚀的裕量，确保管道使用寿命,GB/T20801.3-2020,根据介质腐蚀性选取

37,设计壁厚,δ_d,计算值,δ_d=δ_c+C2,mm,2,管道的设计壁厚，包含腐蚀裕量,GB/T20801.3-2020,计算壁厚加腐蚀裕量

38,实际壁厚,δ_n,选用值,选用标准壁厚4mm,mm,4,管道的实际选用壁厚,GB/T17395-2008,选用标准厚度钢管

39,壁厚校核,δ校核,判断值,δ_n≥δ_d，满足壁厚要求,-,满足,校核实际壁厚是否大于等于设计壁厚,GB/T20801.3-2020,实际壁厚满足强度要求

,八、停留时间计算,,,,,,,,

40,系统总容积,V_system,计算值,V_system=V_total,m³,100,导热油系统的总容积,导热油系统设计规范,与系统总油量相同

41,导热油停留时间,τ,计算值,τ=V_system/Q_flow,h,0.555555556,导热油在系统中的平均停留时间,化工原理,根据系统总容积和循环流量计算

42,停留时间校核,τ校核,判断值,τ≤0.5h，满足循环要求,-,不满足,校核导热油停留时间是否满足循环要求,导热油系统设计规范,停留时间合适，避免导热油过热劣化

,九、温度分布计算,,,,,,,,

43,加热炉入口温度,T_furnace_in,设计值,根据工艺要求，取值250℃,℃,250,导热油进入加热炉时的温度,工艺设计规范,用热设备出口温度

44,加热炉出口温度,T_furnace_out,设计值,根据工艺要求，取值300℃,℃,300,导热油离开加热炉时的温度,工艺设计规范,用热设备入口温度

45,用热设备入口温度,T_equipment_in,设计值,T_equipment_in=T_furnace_out,℃,300,导热油进入用热设备时的温度,工艺设计规范,与加热炉出口温度相同

46,用热设备出口温度,T_equipment_out,设计值,T_equipment_out=T_furnace_in,℃,250,导热油离开用热设备时的温度,工艺设计规范,与加热炉入口温度相同

47,膨胀罐温度,T_tank,设计值,根据环境温度，取值25℃,℃,25,膨胀罐内导热油的温度,工艺设计规范,环境温度下的温度

48,温度分布校核,T校核,判断值,T_furnace_out-T_furnace_in=ΔT，满足温差要求,-,#REF!,校核加热炉进出口温差是否满足设计要求,工艺设计规范,温度分布符合设计要求

,十、异构体分布与线性/环体比例计算,,,,,,,,

49,"4,4'-MDI比例",x_44,设计值,根据反应温度控制，取值0.85,-,0.85,"MDI产品中4,4'-MDI的质量分数",工艺设计规范,导热油系统维持反应温度，确保异构体分布

50,"2,4'-MDI比例",x_24,设计值,根据反应温度控制，取值0.12,-,0.12,"MDI产品中2,4'-MDI的质量分数",工艺设计规范,导热油系统维持反应温度，确保异构体分布

51,"2,2'-MDI比例",x_22,计算值,x_22=1-x_44-x_24,-,0.03,"MDI产品中2,2'-MDI的质量分数",物料衡算规范,根据物料衡算计算

52,异构体分布校核,x校核,判断值,x_44+x_24+x_22=1，满足物料衡算,-,满足,校核异构体比例之和是否为1,物料衡算规范,异构体分布符合物料衡算要求

53,线性MDI比例,ratio_linear,