【導讀】天然氣作為一種寶貴的資源在人民生活和工業(yè)部門中有著廣泛的應(yīng)用。它不僅是一種優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，也是近代化學工業(yè)的重要原料來源。界上產(chǎn)量最多的化工中間產(chǎn)品。以天然氣凝液為原料生產(chǎn)乙烯，收率高、成本低、投。率、可靠性、安全性、經(jīng)濟性及其科學性等提出了越來越高的要求。置工藝再次做出了工藝設(shè)計，改善并增強整個裝置工藝的工藝流程。和作用；3）輕烴回收裝置的工藝設(shè)計：分離器的設(shè)計，分子篩的設(shè)計，

　　

【正文】 流體： bh? 。 2）翅片表面效率： 21 (1 )fFF??? ? ? () 式中 2FF —— 二次傳熱面積與總傳熱面積的比值 。 3）傳熱系數(shù)的計算 1 11 1 2 2 2111K FF? ? ? ?? ?? () 2 22 2 1 1 1111K FF? ? ? ?? ?? () 式中 12,KK—— 分別為熱、冷流體側(cè)面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ， kcal/m2h℃ ； 12,??—— 分別為熱、冷流體側(cè)面給熱系數(shù)， kcal/m2h℃ ； 12,??—— 分別為熱、冷流體側(cè)面翅片全效率 ； 12,FF—— 分別為熱、冷流體側(cè)面?zhèn)鳠崦娣e， m2。 翅片型式與結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 在換熱器的 選型設(shè)計中，一般根據(jù)換熱器的使用場合、用戶要求、換熱表面的特點 、 工作壓力、工作溫度，選擇換熱器的類型。而對于板翅式換熱器，翅片型式與 翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇是設(shè)計、選型的第一步。其選擇的原則大致有以下幾點 ： 1） 鋸齒翅片 對促進流體的擾動，破壞熱阻邊界層十分有效，屬高性能翅片， j 因子、 f 因子相應(yīng)地均大于平直翅片。鋸齒翅片是目前板翅式換熱器中，應(yīng)用最廣泛的高效能翅片，其換熱與流動特性隨切開長度而變，切開長度越短，傳熱性能越好，但流動阻力也相應(yīng)增大。鋸齒翅片廣泛用于需要強化換熱的場合，例如板翅式換熱西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 器的氣體通道應(yīng)首先考慮采用。 2）平直翅片 其換熱特性、流動阻力特性與管內(nèi)流動相似，在相同的雷諾數(shù) Re 值下， j 因子、f 因子值相對較低，多用于流動阻力要 求嚴格而自身換熱系數(shù)較大的場合。平直翅片相對于其他型式翅片，具有較高的強度，故在高壓板翅式換熱器中多有采用。 3）多孔翅片 通過翅片的沖孔，使熱阻邊界層不斷破裂、更新，從而強化換熱，但在沖孔的同時，也使換熱面積減少、翅片強度削弱。多孔翅片多用作導流片，使氣、液均布，亦用于相變換熱的再沸器、冷凝蒸發(fā)器 。 4）翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 主要取決于換熱系數(shù)，在換熱系數(shù)較小的場合，宜采用高而薄的翅片 (即翅高hf 較大、翅厚較薄的翅片 )，著眼于增大換熱面積 。而在換熱系數(shù)較大的場合，宜采用低而厚的翅片 (即翅高 hf 較小 、 翅厚較厚 的翅片 )，這樣可具有較大的翅片效率 。同時翅片參數(shù)的選擇還要考慮標準化，盡量減少系列品種、盡量套用制造廠商已有的翅片規(guī)格，以降低成木。翅片選型與參數(shù)選擇尚有許多定性、定量的分析方法，由于這是屬于比較專門、深人的設(shè)計理論 ，不能詳盡。 基本的 設(shè)計計算 根據(jù)原始數(shù)據(jù) ，設(shè)計一個板翅式換熱器將從分子篩中出來的原料氣冷卻， 用℃ 的干氣將原料氣從 38℃ 冷卻到 61℃ 。 其中冷源是由脫烷塔頂部留出的℃ 的干氣， 原料氣的入口壓力是 4500kPa。 (1)原料氣在平均溫度為 50℃ 時的物理性質(zhì)： 比熱 C= kJ/(kg℃ ) 粘度 ?? mPas (2)傳熱量 ( 38 61 ) ? ? ? ? ? kJs (3)傳熱面積 對數(shù)平均溫差 △ T1m 為 ： 參照工藝流程，并由文獻 [1]216 圖求得的低溫分離器內(nèi)氣體溫度，采用逆流方式。 已知： 熱天然氣： ?39。1 K ?1 K 冷天然氣： ?39。2 K ?2 K 輕烴回收裝置工藝設(shè)計 19 ? ?min 10 ℃ ? ?max ℃ ????? ?? ? ? ?max min1maxmin2 8 . 2 1 0 10mT℃ 翅片結(jié)構(gòu)參數(shù) 的選定 表 選用鋸齒型翅片，傳熱中心部的尺寸如下 名稱 符號 單位 原料氣側(cè) 干氣側(cè) 傳熱中心部寬 LW m 翅片數(shù) n nm 102 102 翅片高 L m 103 103 翅片厚 ? m 103 103 翅片間隙 m m 103 103 層數(shù) N 10 11 翅片長 Y m 原料氣側(cè)傳熱面積 Aa 翅片： 2( )fwA L n L Y N?? ? ? ? ? = m2 平板： 2bwA m n L Y N? ? ? ? ? = m2 傳熱面積合計： a f bA A A? ? ? m2 干氣側(cè)傳熱面積 sA 翅片： 2( )fwA L n L Y N?? ? ? ? ? = m2 平板： 2bwA m n L Y N? ? ? ? ? = m2 傳熱面積合計： s f bA A A? ? ? m2 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 傳熱膜系數(shù) 原料氣側(cè)流道截面積min,mA m in, ()mwA m L n L N?? ? ? ? ? ? 3 3 10 ( 10 ) 10 10 10??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? m2 原料氣的質(zhì)量速度 G 9 .3 5 7 9 9 .4 40 .0 9 4 1gQG A? ? ?kg/ m2s 原料氣流道當量直徑 D 332 ( ) 2 4 . 0 1 0 ( 1 0 0 . 1 8 ) 1 0( ) 4 . 0 1 0 ( 1 0 0 . 1 8 ) 1 0e mLD mL ????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? 10???m 原料氣側(cè)雷諾數(shù) 35 . 6 5 1 0 9 9 . 4 4 3 6 0 00 . 0 1 3 8 5 3 . 6 9 . 8ee DGR g??? ? ? ????? =4139 圖 傳熱因子與雷諾數(shù)的關(guān)系 查上圖 可知傳熱因子 jH 為： jH= 則原料氣側(cè)的傳熱膜系數(shù) ha 為： 輕烴回收裝置工藝設(shè)計 21 2 / 3( )( )aH Ch j G C K? ?? 2 / 2 357 840 ( ) ?? ? ? ? =348kcal/m2h℃ 綜上所述，同理可得： 干氣側(cè)傳熱膜系數(shù) sh =7500 kcal/m2h℃ 。 翅片效率 流道結(jié)構(gòu)是由空氣流道與蒸汽流道相互一層一層交錯重迭而成的。這種翅片效率可以視為與立式翅片 (軸向翅片 )的效率相同，即翅片效率 f? 可用下式表示 ： tanhf xPbPb? ? 式中 f? —— 翅片效率 ； tanhx —— 雙曲正切函數(shù) ； P—— 翅片參數(shù)， 39。2mP r??? ； b 的計算如下： 熱流體隔在兩冷流體之間： 12bh? ； 兩冷流體之間隔 兩熱流體： bh? 。 圖 tanhx /x 的值 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 由以上的數(shù)據(jù)和公式可得： 原料氣側(cè)的翅片效率 ： 原料氣側(cè)污垢系數(shù) r=0 時， 39。 ahh? ，則 1 / 232 3 4 8()1 5 0 0 .1 8 1 0P ??? ?? =160 3160 (10 10 ) / 2Pb ?? ? ? ? = tanhf xPbPb? ? = tanh() = 干氣側(cè)污垢系數(shù) r=0 時， 39。 shh? ，則 1 / 232 7 5 0 0()1 5 0 0 .1 8 1 0P ??? ?? =750 3750 (10 10 ) / 2Pb ?? ? ? ? = ta n h ta n h ( 3 .7 5 )3 .7 5f x P bPb? ?? = 有效傳熱面積 effA e ff b f fA A A?? ? ? () 式中 bA —— 平板表面積， m2； fA —— 翅片表面積， m2。 原料氣側(cè)有效傳熱面積 , 25 .0 0. 83 61 .0e ff aA ? ? ? = m2 干氣側(cè)有效傳熱面積 , 27 .5 0. 26 67 .1e ff sA ? ? ? = m2 輕烴回收裝置工藝設(shè)計 23 總傳熱系數(shù)（原料氣側(cè)面積為基準） ,1,1 1 1 eff aa s eff sAK h h A???? ???? 1 1 7 5 .6 33 4 8 7 5 0 0 4 4 .9???? ???? = 所以 1K = kcal/m2h℃ 分離器的工藝設(shè)計 目前分離器的種類繁多，分類方法也很多，主要按分離介質(zhì)不同可分為固液分離器、氣液分離器和液液分離器，按分離原理可分為重力式分離器、管式分離器和旋流式分離器。目前對分離器的理論和實踐研究已比較深入，對內(nèi)部流動規(guī)律也了解很多。經(jīng)過不斷的研究，在常規(guī)式分離器的基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了很多適用于各種場合的新型分離器。 當氣體流量同液體流量之比值非常高時，此時用的分離器常稱為 氣體滌凈器；有些分離器使用捕液器的名稱來命名，它安裝在井口，直接處理井口出來的物流。 所有分離設(shè)備，盡管它們名稱不同 ，形狀也各異，但都是為了一個基本的目標：從氣流中分離掉液體和固體；從油流中分離掉氣體和固體以及游離水；利用相對密度的差異將混合的液體分離成兩種或三種流體等。 油氣混合物或氣液混合物在分離設(shè)備中進行分離時，應(yīng)當完成四個操作要求（功能）： 1. 油和氣或氣和液的基本相分離； 2. 脫除氣相中所夾帶的液沫（霧狀）； 3. 脫除液相中所包含的氣泡； 4. 從分離器中分別引走已經(jīng)分離出來的氣相和液相，不 允許它們彼此有重新夾帶摻混的機會。 為實現(xiàn)上述的操作要求，所有類別的分離設(shè)備，不管其整個外形或結(jié)構(gòu)如何，都應(yīng)當包括四個部分（段）： 1. 基本相分離段 —— 當流體從管線進入分離器的時候，首先通過 基本相分離段，使流體帶有的能量得到控制或消減； 2. 重力沉降段 —— 使氣體和液體的流量能保證流體在分離器內(nèi)的速度經(jīng)常在最大的允許線性速度以內(nèi)，以便它們得到分離和沉降； 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 3. 除霧段或集聚段 —— 減少氣體的紊流，使氣體中夾帶的液沫集聚分離出來； 4. 液體收集和引出段 —— 使已分離出來的液（固）和氣相不再彼此重新夾帶摻混，將 它們分別引走。 在日常的工藝設(shè)計中，最常用的就是立式分離器和臥式分離器。而最為大家所關(guān)心的就是兩種分離器的比較和選擇。 在處理大產(chǎn)量的氣體時，臥式分離器通常效果更大些。在分離器的重力沉降段，液滴垂直于氣流方向 向下沉降。這樣，液滴就更容易從氣體連續(xù)相中沉降出來。還有在臥式分離器中，因為其氣液界面比立式分離器的氣液面更大些，所以當液體趨于平衡時，從溶液中出來的氣泡就比較容易達到氣體空間。這樣，從純氣體或液體的分離過程來看，臥式分離器將 是優(yōu)先選用的。然而 ， 由于它有下列缺點，在某種情況下就優(yōu)先選用立式分離器。 1. 在處理固體顆粒方面，臥式分離器就不如立式分離器。立式分離器的液體排放口可以布置在底部的中心 。這樣 ， 固體就不會在分離器中堆積起來。但是在生產(chǎn)過程中，它可以繼續(xù)流到下一個容器內(nèi)。此時，可以就在這個位置設(shè)置一個排污口，這樣當液體在離開具有某種高程的分離器時，固體顆?？梢远ㄆ诒慌抛?； 2. 在實現(xiàn)相同的分離操作時，臥式分離器占地面積比立式分離器多些 ； 3. 臥式分離器具有較小的液體波動容量。當給定一個液面升高變化時，在臥式分離器內(nèi)，液體的體積增加量將明顯比處理相同流量的立式分離器更大些。然而由于臥式分離器的幾何形 狀，將使任何高液位的開關(guān)裝置安裝在緊靠正常工作液位的地方（而在立式分離器上，開關(guān)裝置可以安裝在液位控制器所允許的相當高的地方），排液閥就有較多的時間對波動作出反應(yīng)。 總之，對于正常的油氣分離，特別是出現(xiàn)乳化、泡沫或高汽油比的場合，臥式分離器可能是最經(jīng)濟的 。在低汽油比的場合，立式分離器工作得最有效，在非常高的汽油比場