Поверочный расчет теплообменного аппарата

Аппарат воздушного охлаждения (АВО) предназначен для охлаждения 14400 кг/ч нефтепродукта (d₄²⁰ = 0, 740) от 120 до 40°С. Начальная температура воздуха (сухого) 25°С, конечная 60°С. Коэффициент теплопередачи 46 Вт/(м·К).

Проведем поверочный расчет аппарата.

Отдаваемое нефтяными парами тепло находим из уравнения:

, (7.26)

где Q – тепло, передаваемое в процессе теплообмена, Вт;

G – расход теплоносителя или хладагента, кг/с;

I^н и I^к – энтальпии теплоносителя или хладагента при начальной и конечной температуре, соответственно, кДж/кг.

кДж/ч = 1996266 Вт

Схема потоков противоточная. Разности температур потоков равны:

∆ t_б = 120-60=60°С; ∆ t_м = 40-25=15°С.

Средний температурный напор рассчитывается как средне-логарифмическая разность температур по формуле (7.11):

°С

Поверхность теплообмена холодильника по формуле (7.6) составляет:

м².

Принимая длину трубы L=8 м и диаметр трубы D=0, 042 м, вычисляем поверхность одной трубы (гладкой):

м²

Число труб:

Расход воздуха (G_в, кг/ч) определяем из теплового баланса аппарата по формуле:

(7.27)

т.е. .

Значения теплоемкостей при температурах t₃ и t₄ находим из справочных данных (таблица 20). Тепловая нагрузка равна 7184160 кДж/ч, следовательно:

= 203517 кг/ч.

Плотность воздуха ρ _в при его начальной температуре 25°С и барометрическом давлении (101, 325кПа) равна 1, 18 кг/м³.

Объемный расход воздуха в 1 сек:

м³/с.

Зная объем расходуемого воздуха, по каталогу подбираем вентилятор [12].

Таблица 20 - Плотность и теплоемкость воздуха и воды при постоянном давлении

Температура, °С	Плотность воды, кг/м3	Теплоемкость воздуха, кДж/(кг•К)	Теплоемкость воды, кДж/(кг•К)
	1293, 0 1204, 5 1126, 7 1059, 5 999, 8 945, 8	1, 005 1, 005 1, 009 1, 009 1, 009 1, 013	4, 2295 4, 1868 4, 1793 4, 1864 4, 1973 4, 2094

 

7.4 Расчет конденсации (испарения) [11, 12]

 

Основной задачей расчета конденсации (испарения) является определение сконденсированного (испаренного) количества вещества.

Расчет конденсации проводится по формуле:

, (7.28)

где Х – мольная доля компонента в конденсате;

Z – мольная доля исходного газа, переходящего в конденсат, т.е. отношение числа молей полученного конденсата, к числу молей исходного газа;

Y* – мольная доля компонента в газе, равновесном с жидкостью;

K – константа фазового равновесия.

В уравнении имеется два неизвестных Х и Z, его решение выполняется методом подбора Z с учетом того, что . Методика вычисления Z с помощью функции «поиск решений» программы MS Excel представлена в приложении 10.

При повышенном давлении и температуре свойства реальных газов отличаются от идеальных. Поэтому при расчете конденсации необходимо заменить упругость паров фугитивностью, которая является функцией от температуры:

, (7.29)

f_ж - фугитивность продукта в жидкой фазе;

f_{г --} фугитивность продукта в газовой фазе.

При отсутствии литературных данных по константам фазового равновесия, выполняется прогнозирование фугитивностей компонентов на основе принципа соответственных состояний [4] и на их основе вычисляется К.

Пример

Рассчитать состав газовой и жидкой фаз при конденсации продуктов гидратации этилена в теплообменнике. Температура на входе в теплообменник 240°С, температура конденсации - 200°С, давление 80 атм. Состав приходящих газов представлен в таблице 21.

Таблица 21 - Состав газа поступающего в теплообменник

Компонент	М	кг/ч	%мас.	кмоль/ч	%мол.
Этан		17021, 4	7, 1	567, 4	6, 4
Этилен		181260, 3	76, 1	6473, 6	72, 6
Этанол		9550, 5	4, 0	207, 6	2, 3
Диэтиловый эфир		282, 2	0, 1	3, 8	0, 04
Ацетальдегид		134, 2	0, 06	3, 1	0, 03
Полимеры		85, 4	0, 04	1, 0	0, 01
Вода		29913, 2	12, 6	1661, 8	18, 6
Итого		238247, 2		8918, 3

 

Находим приведенные параметры заданных веществ.

Значения приведенных параметров определяется по формулам:

; (7.30)

, (7.31)

где T_r и P_r – приведенная температура и давление, соответственно;

Т и Р – заданные значения температуры, К, и давления, атм, соответственно;

T_с и P_с – критическая температура, К, и критическое давление, атм, для данного соединения.

Результаты расчетов представлены в таблице 22.

 

Таблица 22 – Значенияприведенных температур и давлений веществ

Компонент				,
Этилен	282, 4	49, 7	0, 065	1, 7 1, 8	1, 6
Этан	305, 4	48, 2	0, 098	1, 5 1, 7	1, 7
Этанол	516, 2		0, 635	0, 9 1, 0	1, 3
Диэтиловый эфир	466, 7	35, 9	0, 281	1.1 1.2	2.2
Ацетальдегид	461, 0	55, 0	0, 303	1.1 1.2	1.5
Полимер (С10)	609, 3	22, 2	0, 508	0.8 0.9	3.6

- температуры входа и конденсации, 473 и 513К, соответственно.

 

Как видим из таблицы, приведенные температуры для этилена, этана, диэтилового эфира и ацетальдегида больше единицы, следовательно, эти вещества останутся в газовом состоянии. Константа фазового равновесия для воды при этих условиях равна 0, 159.

 

Находим константы фазового равновесия веществ на основе их фугитивностей в газовой и жидкой фазах [4]. Результаты расчета приведены в таблице 23.

Таблица 23 - Расчет констант фазового равновесия

Компонент				,	,			К
Вода	647, 3	217, 6						0, 159
Этанол	516, 2		0, 635	0, 9 1, 0	1, 3	22, 007	43, 876	0, 502
Полимер (С10)	609, 3	22, 2	0, 508	0.8 0.9	3.6	4, 626	11, 832	0, 391

 

В результате расчета путем поиска решения (см. приложение 10) получаем, что мольная доля образующегося конденсата Z = 0, 043. Следовательно, всего конденсируется газов 0, 043•8918, 29 = 381, 6 кмоль/ч. При этом состав жидкой фазы следующий: вода – 95, 53%; этанол – 4, 45%; полимеры – 0, 03%.

Полученные результаты сводим в таблицу 24.

 

Таблица 24 - Материальный баланс конденсации в теплообменнике

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: