如何提高工艺工程师的计算能力

广州优华过程技术有限公司2010年1月联系方式：广州天河区五山路金山大厦联系方式：广州天河区五山路金山大厦22062206室室Tel:020Tel:020--3846895638468956网站网站::www.youhuawww.youhua--opt.comopt.com如何提高工程师的计算能力如何提高工程师的计算能力2内容提要一．提高计算能力所需的基本条件：二．常用的基本例子：三．专业软件的使用第一部分：对年轻工程师的建议第一部分：对年轻工程师的建议4内容提要1要有经济效益感2善于积累，做一个好的记录保管者3成为一个好的解决问题者4善于快速估算5善于利用工具软件51经济效益感（1）经济推动企业前进。每个工厂是以盈利为目的的，如果你能帮助工厂盈利，那么你就最能适应工厂的发展，因此要学会从经济效益方面考虑问题，这对于你的工作有很大的帮助。（2）对工艺过程做一经济平衡分析，掌握其资金是怎样运作的，分析怎样才能适应工厂的经济效益，一定要找到工厂发展“瓶颈”和对经济效益不利的因素，并设法排除。62善于积累，做一个好的记录保管者（1）学习并使用参考资料。学校的教科书很有用，同时应该更多的搜集一些他人心得。a）文献——做一个热情读者，收集主要文章并编制目录。有些文章很有帮助。b）顾客资料——顾客提供给你大量的有用资料，如简报、样本和设计手册。c）价格档案——这些将成为价格档案的补充部分。收集在工作中遇到的文章和数据，如制造厂的报价。（2）计算书要尽量保持整洁（尽可能用表格）。并在每页上注明日期和签名。如果在最初不制定好归档方法，档案将很快被丢失。73成为一个好的解决问题者（1）发现问题——确切弄清是什么问题。如有必要，重新陈诉问题——你原来的陈诉不是不可改变的，要讲实话。（2）提出问题——不要不好意思，不懂就问。（3）对问题作出经济效益上的评价——弄清该问题在利润中的重要性。（4）尽早决定你是否需要别人帮助——这样你能获得别人的及时帮助。别人提供的帮助一般较慢，要他们早开始工作，他们也很忙。（5）收集所需要的数据——收集工厂数据通常需要与其他部门合作，加强沟通会提高你的工作效率。83成为一个好的解决问题者（续）（6）根据获得数据形成基本思路——在下一步行动之前，首先要建立基本工作思路。比如，一个好的基础物料平衡和能量平衡既能用于本项目，以后也能用于许多工程项目中。至少你对工厂或某个领域有较好的了解。（7）注意算法积累和用好Excel——如果可能，应该多进行工程手册及别人过去进行过的计算。用熟Excel，将你收集到的算法编入Excel，形成自己的工具软件库。例如：能耗计算、泵计算、管道压降计算、催化裂化反再核算等。（8）一劳永逸地解决问题——多做工作，使问题彻底解决，形成结论性总结，避免以后研究同样问题。（9）扩大你的知识面——尽可能多学习其他专业知识。因为其他专业对你的工作很有帮助。94要善于快速估算在现场或在会议上，通常需要快速进行各种经济评价或估算。例如，水的汽化潜热约为50万大卡，1.0MPa蒸汽的饱和温度为185℃；对各油品的比热及密度，应该有大概的数值。105善于利用工具软件（1）结合生产实际，学会利用流程模拟软件。利用流程模拟软件在计算机上准确地“再现”实际生产过程，得到详细、完整的物料平衡和热量平衡数据。并根据可靠的模拟结果来指导实际生产。a）对生产过程中的故障进行模拟诊断b）对现有装置进行生产能力的标定，来帮助寻找系统的“瓶颈”c）可以优化工艺操作条件，使生产装置的运行处于最优操作，以节能降耗，较少的投入取得较大的经济效益115善于利用工具软件（续）（2）学会利用其它工具软件a）节电软件b）加热炉软件c）换热器软件d）水力学计算软件e）蒸汽系统软件第二部分：常用的基本计算例子第二部分：常用的基本计算例子13内容提要¾石油及油品物性的计算方法¾与热力学第二定律¾流体流动¾离心泵¾压缩机¾蒸汽透平¾换热器¾蒸馏¾公用工程系统14石油及油品的物性计算方法1.密度和相对密度d4t,以4℃的水为基准，将温度t℃的油品密度对4℃时的水的密度之比称为相对密度。欧美各国通常使用d15.615.6表示。d15.615.6与d420之间可按下式进行换算：d15.615.6=d420+∆d比重指数(API)=141.5/d15.615.6-131.5相对密度越小，其API愈大，相对密度愈大，其API度愈小。轻质原油：＞34API；＜0.852（20℃密度）。中质原油：34～20API；0.852～0.930（20℃密度）。中质原油：20～10API；0.931～0.998（20℃密度）。特稠原油：＜10API；＞0.998（20℃密度）。15石油及油品的物性计算方法（续）2.特性因数它是油品的平均沸点和相对密度的函数。K=1.216*T1/3/d15.615.6在平均沸点相近时，K值取决于其相对密度。当分子量相近时，相对密度的大小的顺序为芳香烃＞环烷烃＞烷烃。3.原油的分类方法16石油及油品的物性计算方法（续）4.石油及石油馏分的三种蒸馏曲线①恩氏蒸馏曲线。是渐次汽化。②实沸点蒸馏曲线。是一种间歇精馏。③平衡汽化曲线。④三种蒸馏曲线的比较。由下图可以看到：就曲线斜率而言，平衡汽化曲线最为平缓，恩氏蒸馏曲线比较陡一些，而实沸点蒸馏曲线的斜率则最大。这种差别正是这三种蒸馏方式分离效率的差别的反映，即实沸点蒸馏的分离精度最高，恩氏蒸馏次之，而平衡汽化则最差。17石油及油品的物性计算方法（续）4.石油及石油馏分的三种蒸馏曲线①恩氏蒸馏曲线。是渐次汽化。线2。②实沸点蒸馏曲线。是一种间歇精馏。线1。③平衡汽化曲线。线3。④三种蒸馏曲线的比较。由下图可以看到：就曲线斜率而言，平衡汽化曲线最为平缓，恩氏蒸馏曲线比较陡一些，而实沸点蒸馏曲线的斜率则最大。这种差别正是这三种蒸馏方式分离效率的差别的反映，即实沸点蒸馏的分离精度最高，恩氏蒸馏次之，而平衡汽化则最差。18石油及油品的物性计算方法（续）5.三种蒸馏曲线的相互换算。①恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的互换。查图法，进行转换。先将一种曲线的50%温度换算为另一种曲线的50%点温度。再将该蒸馏曲线分为若干段，再查图，将这些线段的温差值换算为另一种蒸馏曲线的各段温差。最后由已经换得的50%点位基点，向两头推算出曲线的其它各点。19石油及油品的物性计算方法（续）5.三种蒸馏曲线的相互换算（续）。②恩氏蒸馏曲线和平衡汽化曲线的互换。查图法，进行转换。方法与前一种方法类似。20石油及油品的物性计算方法（续）6.石油及油品的焓值可以根据石油馏分的密度、温度和特性因数查图求得。7.石油及油品的质量热容可以根据石油馏分的温度、相对密度和特性因数查图求得。以上两图详见石油炼制工程第三版，98页及101页。以上通过查图求取石油馏分的焓值及比热的方法，简便、快速，可以用来进行工程计算。焓值及比热的数学计算模型及公式见97页及103页。21石油及油品的物性计算方法（续）22和热力学第二定律1.温度为T的热源放出的热量Q转化为有用功的能力为W=Q(1-T0/T)2.熵的定义为dS=δQre/T3.的基本定义式dEX=dH-T0dS23流体流动两个最有用的基本公式：∆h=u2/(2g)1.1∆P(V)+∆u2/(2g)+∆Z+E=01.2方程1.1中，∆h称为速度头，它可以用来：¾确定喷雾器或分布器的孔径；催化裂化装置分布板的压力降计算经验公式为：ξ-分布板的阻力系数；∆P-气体经过分布板的压降，kPa；24流体流动（续）¾计算通过小孔的泄露量对于水蒸气通过限流孔板的流量可以用如下式子进行计算：G-蒸气流量，kg/h；d-限流孔板直径，mm；限流孔板上游蒸气压力，MPa（a）；限流孔板上游蒸气温度，（K）¾确定限流孔板尺寸同样利用上式可以计算，蒸气限流孔板的直径。以上三个方面的利用均是采用式1.1公式进行推倒的。25离心泵1.泵的功率计算Q，泵的流量；H，泵的压头；ρ，流体密度；2.相似定律¾排量的变化与叶轮直径和转速成正比；¾压头的变化与叶轮直径和转速的平方成正比；¾功率的变化与叶轮直径和转速的立方成正比。26离心泵（续）3.管路特性曲线由式1.2可以得出：其中，对于特定的管路，其它为定值，另27离心泵（续）4.泵的性能曲线H-Q线，扬程与流量的关系曲线；N-Q线，轴功率与流量的关系曲线；η-Q线，效率与流量的关系曲线。28离心泵（续）5.工作点管路特性曲线与泵的性能曲线的交点。29压缩机压缩机¾真实气体绝热压缩时理论计算功率：¾真实气体多变压缩时理论计算功率：p压力、v体积、压缩比、z1z2为进口状态下的压缩系数，绝热指数。30蒸汽透平¾初步估算时可以采用下列数据计算：功率效率，%350~75050750~1100551100~1500601500~2200652200~370070¾小型透平的效率变化较大，如对于小于300kW、转数为3500的透平，200kW的透平效率为25%左右。31蒸汽透平(续)¾如下表：3.5MPa-0.8MPa背压透平效率为60%可回收功率约60kW；3.5MPa-0.007MPa凝汽透平效率为60%可回收功率约175kW；当进汽压力提高0.2MPa，进汽温度提高12℃时，可多回收功率约3kW。32蒸汽透平（续）参数入口参数出口参数内效率膨胀功kW入口参数出口参数内效率膨胀功kW多回收kW温度，℃433300445306压力，MPa(a)3.60.83.80.8流量，t/h10.810.8比焓，kJ/kg3297305833223071比熵，kJ/kg℃6.947.246.957.26温度，℃4336044566压力,MPa(a)3.60.013.80.01流量，t/h1111比焓，kJ/kg3297261233222623比熵，J/kg℃6.94-7.166.95-7.160.61803.310.6177凝汽0.664.873.000.661.87背压33换热器1.基本关系式Q=K*A*∆T1.1Q传热量，K为各项热阻的倒数，A传热面积，∆T传热温差。2.基本关系式中各种关系的计算热流负荷：Qh=Wh*Cph*(T1-T2)1.2冷流负荷：Qc=Wc*Cpc*(t2-t1)1.3有效平均温差：平均温差（或对数平均温差）*平均温差校正系数总传热系数与经验值：通过相应的经验图表获得34换热器（续）3.由式1.1可知，强化换热可以有三种途径，一是提高换热面积，二是加大传热温差，三是提高传热系数。下面主要介绍提高换热系数的方法强化换热。35换热器（续）¾提高αi和αo分析：αiαoαiαoαi=αo方法：强化传热系数低一侧流体36例子：为什么循环水冷却器开大阀门没啥用？KW/ml8.3765.460025.0100001400111112=++=++=λδααoiK总传热系数KW/ml3.7125.460025.0100001800111112=++=++=λδααoiK倍：将管外传热系数提高一例子：有一用25mm×2.5mm无缝钢管制成的列管换热器，导热系数为46.5W/mk，管内通冷却水的传热系数为400W/m2k，管外为饱和蒸汽冷凝，管外传热系数为10000W/m2k，忽略污垢热阻，试计算：1）换热器的总传热系数K值?2）其他条件不变，将管内传热系数提高一倍后的K值?3）其他条件不变，将管外传热系数提高一倍后的K值?KW/ml3845.460025.0200001400111112=++=++=λδααoiK倍：将管内传热系数提高一37内螺纹管低肋管T型翅片管花瓣型翅片管38蒸馏1.相对挥发度平衡汽化常数Ki=Yi/XiYi气相中组分i的分子分率；Xi液相中组分i的分子分率。相对挥发度a=Ki/Kji,j代表需要分离的两个组分。2.最小塔盘数对于二元系统或近似的二元系统，用Fenske公式计算最小塔盘数。39蒸馏（续）3.最小回流比对于二元物或近似二元物的最小回流比，应用Underwood公式计算。泡点的液体进料：露点的蒸汽进料：Rmin最小回流比，a全塔平均相对挥发度40蒸馏（续）