Пошук по сайту


Всеукраїнський студентський архів

Всеукраїнський студентський архів


http://antibotan.com/ - Всеукраїнський студентський архів

Завдання
Розрахувати теплообмінник-випаровувач з паровим простором, для пропанової газофракціонуючої колони використовуючи наступні вихідні дані: продуктивність теплообмінника по сировині G=150 000 тон./рік, тиск внизу колони Р=1.47 Па, молярна маса сировини 59.016. Склад сировини колони у % мас. наведений у табл.1. Кількість, склад і температури потоків, які заходять і виходять з теплообмінника наведені в табл.2.
Таблиця 1

Компонент

СН4

С2Н6

С3Н8

і-С4Н10

н-С2Н6

С5+

Кількість, % мас.

---

0.9

16.2

30.5

44.5

7.9


Таблиця 2

Потік

Позначення

Склад

Т,К.

Кмоль/год.

компоненти

мольна

частка

Флегма з колони у теплообмінник

R+VR

С3Н8

і-С4Н10

н-С2Н6

С5+

0.00527

0.36816

0.54819

0.07838

378


8.165

Нижній продукт з колони (залишок)

R

С3Н8

і-С4Н10

н-С2Н6

С5+

0.00321

0.32871

0.55261

0.11547

383

3.266ь


Пари з теплообмінника в колону

VR

С3Н8

і-С4Н10

н-С2Н6

С5+

0.00269

0.31200

0.55475

0.13056

383

4.899


Вступ
Кожухотрубні теплообмінні апарати можуть використовуватися як теплообмінники, холодильники, конденсатори і випарники.

Теплообмінники призначені для нагріву і охолодження, а холодильники-для охолодження (водою або іншими нетоксичними, пожежо – і вибухобезпечними холодоагентами ) рідких і пароподібних середовищ.

Конденсатори призначені для конденсації парів в між-трубному просторі, а також для нагрівання рідин і газів за рахунок теплоти конденсації пари.

Кожухотрубні випарники з трубними пучками з U-подібних труб чи з плавачою головкою мають паровий простір над киплячою в кожусі рідиною. В цих апаратах, завжди розташованих горизонтально, гарячий теплоносій ( в ролі якого можуть використовуватися гази, рідини або пара ) рухається по трубах. Згідно ГОСТ 14248-79, кожухотрубні випарники можуть бути з конічним днищем діаметром 800-1600 мм, а також з еліптичним днищем діаметром 2400-2800 мм. Останні можуть мати два або три трубні пучки. Допустимий тиск в трубах складає 1.6 – 4.0 МПа, в кожусі – 1.0-2.5 МПа при робочих температурах від -30 до 450 . Випарники з паровим простором виготовляють тільки двоходовими з довжиною труб 6.0 м, діаметром 252 мм.

Технологічний розрахунок
1.Теплове навантаження теплообмінника-випаровувача
Ця величина визначається з рівняння теплового балансу випарника:
,
де: - витрата тепла у випарнику (теплове навантаженя), кДж/год.; і - кількість потоків, кмоль/год. (табл.2.); , , - ентальпії потоків при відповідних температурах, кДж/моль.

Попередньо знайдемо середні молярні маси потоків:



По таблицях знаходимо ентальпії потоків при відповідних температурах:
кДж/моль;
кДж/моль;
кДж/моль;
Тоді знаходимо розхід тепла в теплообміннику за одну годину:


кДж/кг;
кДж/кг = 24016 кВт = 24015878.25 Вт;
2.Витрата граючої пари
В якості гарячого теплоносія у випарнику використовується водяна пара. Флегма, яка поступає у випарник нагрівається від Т1=378 К до Т2=383 К і частково випаровується за рахунок тепла конденсації водяної пари. На основі даних промислової експлуатації аналогічних випарників і з метою забезпечення достатньго температурного напору при теплопередачі від водяної пари, яка конденсується, до киплячої флегми, приймаємо наступні параметри гріючої пари: тиск Р=785 Па, температура =443 К, теплота конденсації r = 2049.5 кДж/кг.

Витрату пари визначаємо з наступного рівняння:
кг/год.,
де: - витрата гріючої пари, кг/год; - коефіцієнт утримання тепла ( в середньому для теплообмінників = 0.95 ).
3.Температурний напір по поверхні нагріву теплообмінника-випаровувача
Температура гарячого теплоносія, водяної пари, яка конденсується, залишається незмінною і дорівнює =443 К. А отже, температурний напір у випарнику буде однаковим по всій його поверхні і дорівнює:
К.
4.Коефіцієнт тепловіддачі зі сторони киплячої флегми
Для бульбашкового режиму кипіння рідини у великому об’ємі ( у Вт/К ) можна визначити використовуючи наступну залежність:
,
де: , - відповідно густина парової і рідкої фази, кг/; - теплота пароутворення, Дж/кг; - поверхневий натяг на границі розділу між рідиною і парою, Н/м або кг/; - теплопровідність рідини, Вт/(мК); - коефіцієнт динамічної в’язкозті рідини, Пас; - теплоємність рідини, Дж/(кгК); - температура кипіння флегми, К; - теплонавантаження поверхні нагріву, Вт/.

Всі фізичні параметри у даній формулі визначаються при температурі кипіння флегми ==383 К.

Густину парової фази визначаємо за рівнянням Клапейрона – Мендєлєєва:
,
де: - густина пари при нормальних умовах, кг/; - 273 К; =1.47 Па – тиск у випарнику; =98.1 Па;

Густина пари при нормальних умовах:
кг/;
Після підстановки всіх величин у формулу, для визначення густини парової фази отримаємо:
кг/;
Відносну густину рідини можна визначити використовуючи наступну формулу:
,
де: = 59.790 ( визначена вище).
Після цього використовуючи відомі графіки чи формули знаходимо густину залишку при наступних температурах:
= 383 К кг/;

К кг/;
Теплоту пароутворення знаходимо як різницю ентальпій парової і рідкої фаз:
кДж/кг = 267.9 Дж/кг;
Поверхневий натяг ( в Н/м ) на границі розділу пара – рідина визначаємо по наступній формулі:
,
де: - середня молярна маса залишку; - густина залишку при температурі 383 К, кг/; - критична температура залишку, К; ==383 К; - стала величина, яка дорівнює 7 К;

Знайдемо критичну температуру залишку використовуючи критичні температури компонентів і їх мольні частки в залишку:


К,
де: = 368.6 К ( С3Н8 ); = 420.7 К ( і-С4Н10 ); = 432.5 К (н-С4Н10 ); = 470.2 К ( С5+); , , , - значення мольних часток компонентів в залишку ( наведені в табл.2 ).

Підставивши знайдені величини у вище наведену формулу отримаємо:
Н/м;
Коефіцієнт теплопровідності рідини (залишку) рахуємо по такій формулі:
Вт/мК;
Коефіцієнт динамічної в’язкості рідини (залишку) можна визначити використовуючи формулу:
,
де: ,,,- коефіцієнти динамічної в’язкості компонентів рідини (залишку).

Попередньо знайдемо для кожного з компонентів залишку значення при 383 К.

По графіку визначаємо для пропану (С3Н8) при двох довільно вибраних температурах:
К Пас;

К Пас;
Для подальших розрахунків використаємо наступну формулу:
,
де: С- деяка стала величина, яку можна легко визначити з даного рівняння:
;
Використовуючи цю ж формулу, визначаємо при = 383 К:
;
Звідки Пас;

Аналогічно проводимо розрахунок і використовуючи то й же графік і ту ж формулу:

Для бутану (і-С4Н10 і н- С4Н10):
при 290 К Пас;

при 310 К Пас;
;
;
Звідки Пас;

Приймаємо, що =.

Для пентану (С5Н12):
при 290 К Пас;

при 308 К Пас;
;

Звідки = Пас;

Тепер за формулою, наведеною вище, знайдемо коефіцієнт динамічної в’язкості для рідкого залишку у випарнику при Т2 = 383 К:


;
Пас;
Теплоємність рідкої фази знаходимо за формулою;

кДж/кгК = 2680 Дж/кгК;
Підставивши всі знайдені вище величини у формулу для , отримаємо:

;
Таким чином, залежно від теплового навантаження поверхні нагріву випарника, коефіцієнт тепловіддачі ( у Вт/К ) зі сторони флегми буде виражатися формулою:
;
Вище, при визначенні значення коефіцієнта тепловіддачі в якості рідкої фази усюди приймаємо залишок (R), а не флегму (R+VR), оскільки при температурі у випарнику Т2= 383 К саме залишок (R) знаходиться у рівновазі з парою (VR).
5.Коефіцієнт тепловіддачі зі сторони водяної пари, яка конденсується
У випадку конденсації водяної пари всередині горизонтальних труб використаємо наступне рівняння:


Яке в робочому вигляді записується так:
,
де: - коефіцієнт, який залежить від середньої температури конденсату і визначається по графіку; - теплове навантаження поверхні нагріву випарника, ; - довжина труби, м; - внутрішній діаметр труби, м;

Середня температура конденсату дорівнює:
,
де: - температура насиченої пари, К; - температура стінки зі сторони пари, яка конденсується, К.

Температура , як правило, мало відрізняється від , тому можна приймати .

По графіку, при =443 К, А=6.2. Тоді:
, ;
6.Коефіцієнт теплопередачі
З врахуванням теплового опору стінки і забруднення її внутрішньої і зовнішньої поверхні коефіцієнт теплопередачі визначаємо по формулі:
,
де: = 0.0025 м – товщина стінки труби; =33.53 Вт/мК – коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки труби; =0.000215 - тепловий опір забруднення внутрішньої поверхні труб, - приймається як середнє значення для водяної пари і м’ягкої води; =0.0006 - тепловий опір забруднення зовнішньої поверхні труби, - приймаємо як для світлого нафтопродукту.

Тоді:


Так як і є функціями теплового навантаження , величина якого невідома, то знаходження k ведемо методом поступового наближення. Задаємось різними значеннями q і для кожного з них знаходимо , , k і . Результати розрахунків подані в табл. 3.
Таблиця 3

Величини

Результати розрахунків

1

2

3

q, (приймаємо)

30000

50000

70000

,

7275

9392

11112

,

5759

8234

10421

k,

833

893

929

,

36

56

75


;
;
;
Використовуючи дані табл.3 будуємо графік залежності , який називається складною характеристикою випарника. Знаючи, що в даному випарнику середній температурний напір = 60 ( пункт 3 )знаходимо по графіку відповідне теплове навантаження поверхні нагріву – q = 54350 .

Тоді коефіцієнт теплопередачі у випарнику:
, ;

На цій сторінці вставити графік!!!!

7.Поверхня теплообміну випарника
Розрахунок площі теплообміну:
, ;
8.Температура на внутрішній поверхні труб
Цю температуру можна визначити з наступного рівняння:

Тут:

= 443 К;

, ;

=0.000215 /;

Тоді:
, К
Відповідно, середня температура конденсату:
, К;
При визначенні коефіцієнта тепловіддачі значення параметра А взято при = 443 К. Як видно менше ніж приблизно на 2%, що знаходиться в допустимих межах точності технічного розрахунку.


Вибір теплообмінника
Використовуючи каталог “Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения “ ВНИИНЕФТМАШа приймаємо випарник з паровим простором типу 1800 ПП . Шифр апарату означає: випарник з паровим простором, діаметр кожуха 1800 мм, умовний тиск в кожусі 1.6 МПа, в трубках 2.5 МПа.

Даний апарат це-теплообмінник з U-подібними трубками, який має поверхню теплообміну F = 477, кількість ходів по трубах – 2, довжина теплообмінних труб – 6000 мм, діаметр однієї трубки - 202, труби виконані зі сталі 10.

Експлікація

Таблиця 4

позначення

назва

кількість

1

кожух

1

2

теплообмінна труба

2

3

стяжка

2

4

трубна решітка

2

5

розподільча камера

2

6

опора

2


Література


  1. Кузнєцов А.А. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности.: Изд. 2-е, переработанное и дополненное. – Ленинградское отделение.: Химия, 1974.

  2. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения.: Каталог. – М.: ЦИНТИХМИНЕФТЕМАШ, 1991.

  3. Технологія первинної переробки нафти та газу: Методичні вказівки/укладачі П.І.Топільницький, О.М.Мацяк, В.Я.Максимик. – Л: НУЛП, 2004.

  4. Основные процессы и аппараты химической технологии.: Пособие по проектированию. Издание 2-е, переработанное и дополненное/под ред. Ю. И. Дытнерского.- М.: Химия, 1991.


Зміст

1. Завдання……………………………………………………………….……1.

2. Вступ…………………………………………………………………..……2.

3. Тухнологічний розрахунок……………………………………..……3 – 12.

4. Вибір теплообмінника…………………………………………………....13.

5. Експлікайія………………………………………………………………..14.

6. Література…………………………………………………………………15.




поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Всеукраїнський студентський архів
Ця задача покладена на службу безпеки організації, яка є структурним підрозділом служби захисту інформації

Всеукраїнський студентський архів
Говорячи про структуру світогляду, потрібно зауважи­ти, що вона досить різноманітна, має багато аспектів свого існування

Всеукраїнський студентський архів
Предмет та об`єкт вивчення соціології. Наукові дискусії навколо предмету соціології

Всеукраїнський студентський архів
У західній літературі під цим терміном прийнято розуміти лише збільшення обсягів, товарів І послуг, створених за 'дний період

Всеукраїнський студентський архів
Розташування в періодичній системі Д.І. Менделєєва, будова атома, можливі валентності в сполуках, здатність до комплексоутворювання,...

Всеукраїнський студентський архів
Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных...

Всеукраїнський студентський архів
Туреччина, Китай, Росія, сша, країни Близького Сходу. До європейсь­ких країн (Великобританії, Італії та ін.) металу експортується...

Всеукраїнський студентський архів
Україна багата на корисні копалини, зокрема вугілля та залізну руду, що залягають на південному сході. Природа тут узагалі благодатна....

Всеукраїнський студентський архів
Нафтопереробні заводи; Кременчуг (Полтавська обл.), Лисичаниськнй (Луганська обл.), Дрогобич (Львівська обл.), Львів. Надвірна (Івано-Франківська...

Всеукраїнський студентський архів
Автор презентує проект створення учнівської прибузької республіки „Майбуття Поділля”. Учнівське самоврядування виступає реальним...



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

h.lekciya.com.ua
Головна сторінка