Расчет технологического оборудования

Аппарат предназначен для охлаждения продуктовой смеси из реактора-нестабильного катализата. Из данных по эксплуатации принимали:

Расход нестабильного катализата- 47680,76 кг/ч

Начальная температура нестабильного катализата -85’С

Конечная температура Н₂О – 20^оC

Конечная температура – 40 ^оС

1) Тепловая нагрузка на аппарат

Тепловая нагрузка на аппарат рассчитывается по формуле:

(3)

где Q – количество тепла переданное в аппарате кВт

G –Расход нестабильного катализата кг/с

С – теплоёмкость нестабильного катализата кДж/кг/^оС

t_кон – температура на выходе из теплообменника ^оС

t_нач – температура на входе в теплообменник ^оС

кВт

Теплоемкость нестабильного катализата при средней температуре

кДж/кг/г

^оC

2) Расход охлаждающей воды

кг/с

(4)

где G_в – расход воды кг/с

С_в - теплоёмкость воды Дж/кг/г

Q – количество тепла кВт

T_н –начальная температура воды ^оС

T_к – конечная температура воды ^оС

3) Схема теплообмена и средний температурный напор

50 35

40 20

рисунок 1 – Схема изменения температур теплоносителей

^оC

^оC

менее 2

(4)

=12,5 ^оC

4)Принимаем приближенный коэффициент теплопередачи

К_ор=300 Вт/м²К

5)Ориентированная поверхность т/о:

(5)

где F_ор – Орейнтировачная поверхность теплообмена м2

Q₁ - количество тепла переданное в аппарате кВт

К_ор - приближенный коэффициент теплопередачи Вт/м2К

м² (5)

6)Выбираем стандартный т/о по ГОСТ

Выбираем кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Теплообменник с плавающей головкой в соответствии с ГОСТ 142 46-79.

Поверхность теплообмена F = 131 м²;

Число ходов по трубам = 2;

Диаметр труб d = 20´2 мм;

Диаметр кожуха D = 1200 мм;

Площадь проходного сечения по трубам f_тр = 0, 034 м²;

Длинна труб 6000 мм;

Площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр = 0,138 м²;

7) Схема теплопередачи

меж трубное пр-во Трубное пр-во

t_ср=42,5^о

q₁ t_ср=30^о

q₃

q₂

рисунок 2 - Схема теплопередачи

8) Частные коэффициенты теплопередачи по трубам и межтрубному пространству.

Определяем частные коэффициенты теплопередачи по трубам и межтрубному пространству в первом приближении, принимая = 42,5 ⁰С.

Межтрубное пространство.

Рассчитываем скорость легкого каталитического газойля по формуле:

, (6)

где - скорость легкого каталитического газойля, м/с;

- плотность легкого каталитического газойля, кг/м³;

- площадь поперечного сечения одного хода по трубам.

м/с. (6)

Рассчитываем критерий Рейнольдса:

, (7)

где - критерий Рейнольдса;

- наружный диаметр труб, мм;

- кинематическая вязкость легкого каталитического газойля.

(7)

Так как > 10000, то режим движения ламинарный.

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи от легкого каталитического газойля к стенке.

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле:

,

(8)

где Е_i – коэффициент, зависящий от угла атаки. Для теплообменников с поперечными перегородками Е_i = 0,6;

d – наружный диаметр труб, мм;

Коэффициент теплопередачи равен l (при 147,5 ⁰С) определяем по таблице = 0,100.

Рr и Pr_ст определяем по номограмме.

Вт/м² К.

Вт/м² К.

(8)

Рассчитываем удельную тепловую нагрузку по межтрубному пространству рассчитываем по формуле:

Вт/м².

(9)

Вт/м².

Вт/м².

(9)

Рассчитываем температуру , принимаем, что , где = удельная тепловая нагрузка по стенке труб.

Расчет производим по формуле:

, (10)

где - толщина стенки труб, мм;

- теплопроводность материала труб, Вт/м².

⁰С. (10)

Трубное пространство.

Определяем скорость движения воды в трубном пространстве по формуле:

, (11)

где - скорость сырья, м/с;

- плотность сырья, кг/м³;

- площадь поперечного сечения одного хода по трубному пространству.

м/с. (11)

Рассчитываем критерий Рейнольдса:

, (12)

где - критерий Рейнольдса;

- внутренний диаметр труб, мм;

- кинематическая вязкость сырья.

(12)

Так как > 10000, то режим движения устойчивый турбулентный.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи:

, (13)

где - коэффициент, учитывающий отношение длины трубы к ее диаметру = 1.

Вт/м² К. (13)

Рассчитываем удельную тепловую нагрузку по трубному пространству по формуле:

(14)

Вт/м². (14)

Полученная удельная тепловая нагрузка q₃ на много больше полученной ранее удельной тепловой нагрузки q₁, следовательно, температуру стенки нужно уменьшить и провести расчет во втором приближении.

Принимаем = 125 ⁰С.

Межтрубное пространство.

Вт/м²К

Рассчитываем удельную тепловую нагрузку по межтрубному пространству рассчитываем по формуле (9):

Вт/м². (9)

Рассчитываем температуру , принимаем, что , где = удельная тепловая нагрузка по стенке труб.

Расчет производим по формуле (10):

⁰С. (10)

Трубное пространство.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи по формуле (13):

Вт/м² К. (13)

Рассчитываем удельную тепловую нагрузку по трубному пространству по формуле (14):

Вт/м². (14)

Рисунок 3 – Зависимость тепловой нагрузки на аппарат от температуры стенки

Принимаем = 50 ⁰С.

Межтрубное пространство.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи по формуле (13):

Вт/м² К (13)

Рассчитываем удельную тепловую нагрузку по межтрубному пространству рассчитываем по формуле (9):

Вт/м². (9)

Рассчитываем температуру , принимаем, что , где = удельная тепловая нагрузка по стенке труб.

Расчет производим по формуле (10):

⁰С. (10)

Трубное пространство.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи по формуле (13):

Вт/м² К. (13)

Рассчитываем удельную тепловую нагрузку по трубному пространству по формуле (14):

Вт/м². (14)

Полученное значение тепловой нагрузки q₂ отличается от значения q₁ на:

%, что находится в допустимых пределах.

2.1.2.5 Истинный коэффициент теплопередачи

Рассчитываем истинный коэффициент теплопередачи по формуле:

, (15)

где - сумма термических сопротивлений загрязнений, м²*К/Вт.

, (16)

где - сопротивление загрязнений со стороны легкого каталитического газойля, м²*К/Вт;

- сопротивление загрязнений со стороны сырья, м²*К/Вт.

Принимаем r = 0,0002 м²*К/Вт.

Истинный коэффициент теплопередачи:

Вт/м² К. (15)

Истинная поверхность теплообмена

Истинная поверхность теплообмена рассчитывается по формуле:

(17)

м². (17)

Запас поверхности теплообмена:

.

Вывод: не требуется.

Дата добавления: 2015-11-30