Углеродогазовая смесь: 2608,8 кг/ч

Углеродогазовая смесь: 2608,8 кг/ч

Температура начальная t^’ ₂ = 850 °С;

Температура конечная t^’’₂ =?

Предварительная температура =680°С

Тепловая нагрузка аппарата рассчитывается согласно формуле:

Q = V · c_P · (t^’ –t^” ) = Q^’ – Q^” (1)

где - V- объемный расход (часовой) УГС, м³/ч;

с_р - удельная объемная теплоемкость УГС, кДж/(кг·К);

Q',Q"- соответственно начальное и конечное тепло УГС, кДж/ч;

Q=2608.8 · 1.298 · (850-680)=575657,8

Q^” =(V_О.Г. · с_О.Г. + G_Т.У. · с_Т.У. + V_В.П. · с_В.П.) · t^”₂-Q (2)

где -V_О.Г.- объемный расход (часовой) отходящего газа, м³/ч;

G_Т.У.- массовый расход(часовой) технического углерода, кг/ч;

V_B-П- объемный расход (часовой) водяного пара, м³/ч.

Q^” = (2668,8 · 1,447+2608,8 · 1,298+18722,4 · 1,704) · 850 – 575657,8 = 33319,47 МДж/ч

Расчет температурного режима.

Рисунок 1– Температурная схема потоков в воздухоподогревателе

Δt_б = 380 °С, Δt_м = 250 °С, тогда среднюю разность температур между холодным и горячим теплоносителями (), рассчитывают по формуле:

Средняя температура горячего газа (УГС):

t_cpyrc=(850+680)/2=765 °C.

Средняя температура холодного газа (ВСД):

t_ср.всд = t_cpyrc - t_cp (3)

Согласно формуле (103) получаем:

t_cpвсд = 765 - 315 = 450 ⁰С

6.17.3 Физические параметры рабочих сред.

Воздух среднего давления:

Плотность ВСД при 450 °С (ρ_всд), рассчитывают по формуле:

(4)

где - M – молярная масса компонента, кг/кмоль;

Р – давление в аппарате, МПа;

Р₀ – давление при нормальных условиях.

Согласно формуле (104) получаем:

Плотность смеси рассчитываем по формуле:

(5)

Динамическая вязкость среды, [5]:

6)

Вязкость смеси находим по формуле, [5]:

(7)

где - - содержание i-го компонента в среде, об. дол. %;

- кинематическая вязкость i-го компонента, Па×с.

Кинематическая вязкость среды, [5]:

(8)

Коэффициент теплопроводности среды,[5]:

(9)

где - С_Р – удельная теплоемкость среды, кДж/(м³·К);

– динамическая вязкость среды, Па·с.

А=1,9; к=1,4. [13].

Критерий Прандля,[4]:

(10)

где - - плотность среды,кг/м³,

- кинематическая вязкость среды, м/с²;

- удельная теплоемкость среды, кДж/(м³·К);

- коэффициент теплопроводности среды, Вт/м·К.

Углеродогазовая смесь:

T=765^оC =1038К.

Плотность УГС при 765 °С (ρ_угс), рассчитывают по формуле:

(11)

где - G_ОГ, G_ТУ, G_ВП - массовый расход соответственно отходящего газа, технического углерода и водяного пара, кг/ч.

V-обьемный расход отходящего газа, технического углерода и водяного пара, м³/ч;

Р – давление в аппарате, МПа.

Динамическая вязкость среды находим по формуле (12):

Вязкость смеси находим по формуле, (13)

Кинематическую вязкость среды находим согласно формуле (14)

Коэффициент теплопроводности среды находим по формуле (15)

Критерий Прандля рассчитываем по формуле (16)

Определение ориентировочной поверхности теплообмена и подбор подогревателя воздуха.

Ориентировочный коэффициент теплопередачи:

К=20 Вт/(м² ·°С) [3].

Ориентировочная поверхность теплообмена, [5]:

(17)

где - Q - тепловая нагрузка на подогреватель,Вт;

К_ОР - ориентировочный коэффициент теплопередачи;

_Δtcp - средняя логарифмическая разность температур.

Выбираем подогреватель ПВ-200 со следующими характеристиками:
диаметр кожуха (внутренний) D_K=1000 мм.
диаметр трубок d_ТР=42x4,5 мм.
количество трубок n_ТР=211 шт.
средняя длина трубок 1_СР=3,952 м.
число ходов z = 1.
средний радиус изгиба R_СР =0,9 м.
Общая поверхность теплообмена:

F=198 м².

Коэффициент теплопередачи.

Коэффициент теплоотдачи от горячего газа (УГС) к стенке.

Объемный расход (секундный), [5]:

(18)

Скорость газовой смеси:

(19)

где - V_C – секундный расход, м³/с,

S – площадь поперечного сечения, м².

Критерий Рейнольдса, [5]:

(20)

где - w - скорость газовой смеси; м/с;

– определяющий размер;

- кинематическая вязкость среды, м/с².

Критерий Нуссельта,[5]:

(21)

Коэффициент теплоотдачи,[5]:

(22)

где - – определяющий размер;

- коэффициент теплопроводности среды.

(23)

где - - поправочный коэффициент, учитывающий соотношение длины труб к их диаметру.

(24)

- поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные факторы турбулизации при движении газа в изогнутыхтрубах.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному газу(ВСД)

Продольное смывание трубного пучка.

Площадь поперечного сечения:

(25)

Определяющий размер:

(26)

Объемный расход (секундный) определяется по формуле:

Скорость газовой смеси определяется по формуле:

Критерий Рейнольдса определяется по формуле:

Критерий Нуссельта определяется по формуле:

Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле:

Поперечное смывание трубного пучка.

Определяющий размер: d_тр=0,039 м.

Площадь поперечного сечения, [5]:

S=h· (D-n_max·d_тр) (27)

где - n_max- максимальное число труб в одном ряду;

h-расстояние между перегородками.

S= 0,6· (1,0 –16·0,042) = 0,19 м²

Скорость газовой смеси находим согласно формуле:

Критерий Рейнольдса по формуле:

Критерий Нуссельта находим по формуле:

Коэффициент теплоотдачи по формуле:

Средний коэффициент теплоотдачи рассчитывают:

Коэффициент теплопередачи определяем по формуле:

(28)

где a₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки к ВСД, Вт/(м²·К);

a₁ – коэффициент теплоотдачи от УГС к стенке, Вт/(м²·К);

– суммарное термическое сопротивление трубок теплообменника, (м2·К)/Вт.

Расчет поверхности теплообмена.

Расчетная поверхность теплообмена определяется по формуле:

Запас поверхности теплообмена составляет:

Температура стенки:

-со стороны более горячего теплоносителя,:

(29)

где - К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м² ·°С);

- коэффициент теплопроводности;

- средняя разность температур, ^оС.

-со стороны более холодного теплоносителя, [5]:

(30)

где - К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м² ·°С);

- коэффициент теплопроводности;

- средняя разность температур, ^оС.

К установке принимается подогреватель воздуха ПВ-200 со следующими характеристиками, [5]:

-Диаметр трубок - 42x4,5 мм.

-Количество трубок - 211 шт.

-Средняя длина трубок - 3,952 м.

-Диаметр кожуха (внутренний) - 1000 мм.

-Число ходов - 1.

-Средний радиус изгиба - 0,9 м.

-Материал:

-кожуха - ст.12Х18Н10Т.

-трубок - ст. 12X18Н10Т.

-Количество - 1шт.

Дата добавления: 2015-08-27