瀝青汽化器計算

1、焦油蒸餾系統(tǒng)冷卻器計算15萬噸/年一、已知條件提量后焦油處理量21 t/h餾 份瀝青循環(huán)水產(chǎn)率/%54.5產(chǎn)量/th-111.34冷卻器溫度/入口38032出口23045二、瀝青汽化冷卻器工藝計算1、計算條件1.1瀝青汽化下段：瀝青流量=11340 kg/h瀝青汽化冷卻后溫度： 230瀝青汽化冷卻前溫度： 380熱水由75被加熱至沸騰；1.2瀝青汽化上段：水蒸汽冷凝并冷卻至75冷卻水由32 被加熱至451.3汽化冷卻器操作壓力為常壓；2、瀝青冷卻部分(下段)2.1循環(huán)熱水的確定：瀝青在汽化器中放出的熱量：Q=11340×0.5×(380-230)=850500 kcal/h

2、式中：0.5瀝青在220370之間的平均比熱，kcal/kgh75的熱水吸熱后所汽化的量：Gwa=850500/(100-75)+540 =1505.31 kg/h式中：540水在常壓的汽化潛熱，kcal/kg2.2傳熱量及平均溫度差的計算：管內(nèi)介質(zhì)為水，管外介質(zhì)為瀝青，其情況可分為兩段如下圖：管外管內(nèi)100380100X75230瀝青汽化冷卻器下段傳熱情況段：管外水沸騰，管內(nèi)瀝青由380冷卻至X傳熱量：Q1=1505.31×540=812867.25kcal/h求溫度X：812867.25=(380-X)0.5×11340X=236.64平均溫度：380236.6 100

3、100 280 136.6tm1=(280-136.6)/ln(280/136.6)=200段：管外熱水由75被加熱到100，管內(nèi)瀝青由236.7冷卻至230傳熱量Q2=850500-812867.25=37632.74kcal/h平均溫度：236.6230 10075 136.6 155tm2=(155-136.6)/ln(155÷136.6)=1462.3傳熱系數(shù)K的計算：2.3.1第段的傳熱系數(shù)K1管外水沸騰，管內(nèi)瀝青由380冷卻至236.72.3.1.1管外水沸騰給熱系數(shù)11設壁溫tw=110.5，則管壁與水的溫度差：tb=110.5-100=10.5當tb=10.5時，查圖

4、(常壓下水平或垂直面上沸騰液體的給熱系數(shù))得：b=4000 kcal/mh在垂直管內(nèi)的沸騰給熱系數(shù)為：11=1.25×4000=5000 kcal/mh2.3.1.2管內(nèi)液體瀝青冷卻給熱系數(shù)12按自然對流情況考慮其給熱公式為：Nu=A(GrPr)n式中各物理量取壁面與流體平均溫度的值：流體平均溫度t=(380+236.7)/2=308設壁溫為175，則流體與管壁的溫度差：t=308-175=133流體與管壁的平均溫度：tm=(308+175)/2=241.5在241.5時中溫瀝青的物理常數(shù)：粘度Z=2 cp導熱系數(shù)=0.162 kcal/mh重度=1300 kg/m3比熱C=0.48

5、7 kcal/kg膨脹系數(shù)=0.00055 1/普蘭特準數(shù)：Pr=3600Cg/=3600×(2/11340)×0.487×9.81/0.162=18.72格拉斯霍夫準數(shù)：Gr=gd32t/2=9.81×(0.025)3×(1300/9.81)2×0.00055×133/(2/980)2=6.35×106PrGr=1.187×108 取系數(shù)A=0.135 n=1/312= (/d)Nu=(/d)A(GrPr)n =(0.162/0.025)×0.135(1.187×108)1/3 =4

6、15 kcal/mh2.3.1.3總傳熱系數(shù)K：管壁及垢層的總熱阻：(/)=0.0009 m2h/kcal則總傳熱系數(shù)K1=1÷(1/415)+0.0009+(1/5000)=284.92 kcal/m2h2.3.1.4管壁溫度核算：管外：11(tw-100)= K1tm15000(tw-100)=284.92×200tw=111.40與假設的壁溫tw=110.5相差僅0.9，可以認為原假設是適當?shù)?。管?nèi)：12(308-tw)= K2tm1415(308-tw)=284.92×200tw=170.69與假設的壁溫tw=171相差僅0.31，可以認為原假設是適當?shù)摹?/p>

7、2.3.2第段的傳熱系數(shù)K2管外熱水由75被加熱到100，管內(nèi)瀝青由236.7冷卻至230。2.3.2.1管外水的給熱系數(shù)21鋼管根數(shù)n=256 規(guī)格：25×3.5mm水的平均溫度t=(100+75)/2=87.5水在87.5時的物理常數(shù)如下：Z=0.327 cp=0.582kcal/m2h=967kg/m3C=1.003kcal/kg=6.85×10-4 1/水的流速：=1505.31÷967×0.785×(0.018)2×256×3600=0.0066m/s雷諾準數(shù)；Re=1000×(d/Z)=1000

8、5;0.0066×0.018×967÷0.327=351.3屬于滯流狀態(tài)(10<Re<2000)，按流體上圓形直管內(nèi)呈滯流時的給熱公式計算：Nu=0.151Re0.33×Pr0.43×Gr0.1×(Pr/Prw)0.25式中：Prw系指壁溫tw時的值，其余各物理量取流體平均溫度時的值。管長l=1.1 m 管徑d=0.018 ml/d=1.1/0.018=61當l/d50時 其校正數(shù)1=1.00設管壁tw=157水在1000時的普蘭特準數(shù)Prw=1.72水在88時的普蘭特準數(shù)Pr=1.91管壁與水的溫度差t=157-87.5

9、=69.5格拉斯霍夫準數(shù)：Gr=gd32t/2 =9.81×(0.018)3×(967/9.81)2×6.85×10-4×69.5/(0.327/11340)2=3.233×107Nu=21d/21=(0.582/0.018)×0.15(351.3)0.33(1.91)0.43(3.233×107)0.1×(1.91/1.72)0.25=256.44 kcal/m2h2.3.2.2管內(nèi)瀝青的給熱系數(shù)22按自然對流情況考慮公式用段管外給熱公式：Nu=A(GrPr)n流體的平均溫度：t=(236.7+230)

10、/2=233設管壁溫度tw=171.5則流體與管壁的溫差：t=233-171.5=61.5流體與管壁的平均溫差：tm=(233-171.5)/2=202在202時液體瀝青的物理常數(shù)：Z=3 cp=0.162kcal/m2h=1300kg/m3C=0.487kcal/kg=0.00055 1/普蘭特準數(shù)：Pr=3600Cg/=3600×(3/11340)×0.487×9.81/0.162=28.09格拉斯霍夫準數(shù)：Gr=gd32t/2 =9.81×(0.025)3×(1300/9.81)2×0.000055×61.5/(3/1

11、1340)2=1.33×106PrGr=3.74×107 取系數(shù)A=0.135 n=1/322=(/d)Nu=(/d)A(GrPr)n=(0.162/0.025)0.135(3.74×107)1/3=301.30 kcal/m2h2.3.2.3總傳熱系數(shù)K2管壁及垢層的總熱阻：(/)=0.0009 m2h/kcal則總傳熱系數(shù)K2=1÷(1/256.44)+0.0009+(1/301.30)=123.18 kcal/m2h2.3.2.4管壁溫度核算：管外：21(tw-87.5)= K2tm2256.44(tw-87.5)=123.18×146t

12、w=157.63與假設的壁溫tw=157相差0.63，可以為原假設是適當?shù)?。管?nèi)：22(233-tw)=K2tm2301.30(233-tw)=123.18×146tw=173.31與假設的壁溫tw=171.5相差1.81，可以為原假設是適當?shù)摹?.4傳熱面積的確定：2.4.1第段：傳熱量Q1=812867.25 kcal/h平均溫度差tm1=200傳熱系數(shù)K1=284.92 kcal/m2h 需要的傳熱面積：F1=812867.25/(284.92×200)=14.26 m22.4.2第段：傳熱量Q2=37632.74 kcal/h平均溫度差tm2=146傳熱系數(shù)K2=1

13、23.18 kcal/m2h 需要的傳熱面積：F2=37632.74/(123.18×146)=2.09 m22.4.3冷卻器下段的總傳熱面積為：F下= F1+ F2=14.26+2.09=16.35 m2考慮到理論計算與實際之間的差距，傳熱面積增加25%，則實際需要的傳熱面積應為：F下修=16.35×1.25=20.44 m2 取21m2 冷卻器內(nèi)鋼管數(shù)n=256根，管徑25×3.5 mm，管束長1.1 m。3水蒸汽的冷凝與冷卻部分(上段)：3.1冷卻水量的確定：3.1.1水蒸汽放出的冷凝熱量：q1=1505.31×540=812867.25 kcal

14、/h式中：1505.31由下段到上段的水蒸汽量；kg/h540水蒸汽在常壓下的汽化潛熱，kcal/kg3.1.2熱水由100冷卻到75放出的冷卻熱量：q2=1505.31×(100-75)=37632.75 kcal/h3.1.3冷卻水由32被加熱到45水的消耗量。Gwb=(812867.25+37632.75)/1×(45-32)=65423.08 kg/h3.2傳熱量及平均溫度的計算：管內(nèi)介質(zhì)冷卻水，管外介質(zhì)為水蒸汽，其傳熱情況可分為兩段；如下圖所示介質(zhì)為瀝青，其情況可分為兩段：管內(nèi)管外45100X1003275瀝青汽化冷卻器上段傳熱情況段：管內(nèi)的水由X被加熱到45管外

15、水蒸汽冷凝：傳熱量：Q1=812867.25 kcal/h求溫度X：65423.08×(45-X)=812867.25X=32.57平均溫度差：100100 4532.6 55 67.4tm1=(67.4-55)/ ln(67.4÷55)=61段：管內(nèi)的水由32被加熱到32.57管外熱水由100冷卻到75；傳熱量：Q2=37632.75kcal/h平均溫度差：10075 32.632 67.4 43tm2=(67.4-43)/ ln(67.4÷43)=543.3傳熱系數(shù)K的計算：3.3.1第段的傳熱系數(shù)K1管內(nèi)水由32.57加熱至45，管外水蒸汽冷凝。3.3.1.

16、1管內(nèi)水的給熱系數(shù)11水的平均溫度tm=(32.57+45)/2=38.8水在38.8時的物理常數(shù)：Z=0.723 cp=0.537 kcal/m2h=994 kg/m3C=0.997 kcal/kgPr=4.81鋼管根數(shù)n=256 規(guī)格：25×3.0 mm鋼管內(nèi)孔截面積：F=0.785×(0.019)2×256=0.0725 m2水的流速=65423.08/(3600×994×0.0725)=0.252 m/s雷諾準數(shù)；Re=1000×(d/Z)=1000×0.252×0.019×994÷0.

17、723=6587.27因Re 介于2300至104之間，屬于強制對流過度流范圍，按強制對流湍流的給熱公式計算，乘以校正系數(shù)。(式中各物理量，取流體平均溫度時的值)Nu=0.023×Re0.8×Pr0.4×當Re=6587.27時，校正系數(shù)為：=1-(6×105/Re1.8)=1-(6×105/6587.271.8)=0.92Nu=d/11=(0.537/0.019)×0.023×(6587.27)0.8×(4.81)0.4×0.92=1272.20 kcal/m2h3.3.1.2管外水蒸汽冷凝的給熱系數(shù)1

18、2按蒸汽膜狀冷凝的給熱公式計算：Nu=A(GaPrKD)n式中各物理量取壁面與蒸汽的算術平均溫度時的值，而冷凝潛熱r則取蒸汽飽和器溫度時的值。設壁溫tw=98則蒸汽與壁溫的溫差：t=100-98=2蒸汽與壁溫的平均溫差：tm=(100+98)/2=99水在99時的物理常數(shù)：Z=0.287 cp=0.586 kcal/m2h=958 kg/m3C=1.0057 kcal/kg水蒸氣在100時的冷凝潛熱：r=540kcal/kg 管長l=1.5mGaPrKD=(3600l32r)/(t)=(3600×1.53×9582×540)/(0.287÷11340)&

19、#215;0.586×2=2.03×1017GaPrKD1015 A=0.068 n=1/312=A(360032r)/(lt)n=0.068×3600×(0.586)3×(958)2×540/1.5×(0.287÷11340)×21/3=13065.223.3.1.3總傳熱系數(shù)K鋼管壁厚=0.003 m鋼的導熱系數(shù)=40 kcal/m2h取軟水的1/R軟=5000冷卻水的1/R冷=500則熱阻/=(1/5000)+(0.003/40)+(1/500) =0.00227 m2h/kcal則總傳熱系數(shù)：K1

20、=1÷(1/1272.20)+0.00227+(1/13065.22)=319.23 kcal/m2h3.3.1.4管壁溫度核算：管外：0(100-tw)= Ktm13065.22(100-tw)=319.23×61tw=98.51與假設的壁溫tw=98相差0.51，可以認為原假設壁溫是適當?shù)摹?.3.2第段的傳熱系數(shù)K2管內(nèi)冷水由32加熱至32.57，管外熱水由100冷卻到75。3.3.2.1管內(nèi)冷水的給熱系數(shù)21水的平均溫度tm=(32.57+32)/2=32.29水在32.3時的物理常數(shù)：Z=0.768 cp=0.52 kcal/m2h=997 kg/m3C=0.99

21、8 kcal/kgPr=5.16總鋼管孔的截面積：F=0.785×(0.019)2×256=0.0725 m2水的流速：=65423.08/(3600×994×0.0725)=0.252 m/s雷諾準數(shù)Re=1000×(d/Z)=1000×0.252×0.019×994÷0.768=6196.97因2300Re104屬于強制對流過度流范圍，按強制對流湍流的給熱公式計算，乘以校正系數(shù)。Nu=0.023Re0.8Pr0.4當Re=6196.97時，校正系數(shù)為：=1-(6×105/Re1.8)=1-(

22、6×105/6196.971.8)=0.9121=(/d)Nu=(0.52/0.019)×0.023×(6196.97)0.8×(5.16)0.4×0.91=1193.50 kcal/m2h3.3.2.2管外熱水的給熱系數(shù)22按自然對流情況計算，其給熱公式為：Nu=A(GrPr)n式中各物理量取壁面與流體的平均溫度時的值； 流體的平均溫度：t=(100+75)/2=87.5設壁溫tw=74則流體與管壁的溫度差：t=87.5-74=13.5流體與管壁的平均溫差：tm=(87.5+74)/2=80.75水在80時的物理常數(shù)為：Z=0.352 cp=0.579 kcal/m2h=972 kg/m3C=1.0017 kcal/kg=64×10-5 1/Pr=2.19格拉斯霍夫準數(shù)：Gr=gd32t/2 =9.81×(0.025)3×(972/9.81)2×0.00064×13.5/(0.352/11340)2=1.35×107PrGr=2.96