Курсовая работа: Процессы и аппараты НГП

Из этого уравнения определим энтальпию q нефти и затем ее конечную температуру ;

G1, G2 - расходы дизельного топлива и нефти соответственно.

Для дальнейших расчетов необходимо относительные плотности теплоносителей пересчитать с р на р для нефти и для дистиллята дизельного топлива.

Энтальпии теплоносителей определим по ( Приложению 2):

q = 618 кДж/кг.

q = 342 кДж/кг.

q = 244 кДж/кг.

Подставляя найденные величины в уравнение теплового баланса, найдем q [кДж/кг]

q= G1· (q - q) · η = G2 ·( q - 244)

q =  + 244 = 292 кДж/кг.

Принимаем = 413 K при найденной энтальпии.

Определим тепловую нагрузку т/o (кДж/ч) и (кВт):

Q1 = G1 · (q - q) η

Q1 = 16000 · (618 – 342) · 0,95 = 4195000 кДж/ч

Q1 = 4195000/3,6 = 1165000 кВт

2.3 Средний температурный напор

Средний температурный напор ∆Тср в т/о определяем по формуле Грасгофа, имея ввиду, что в аппарате осуществляется противоток теплоносителей по схеме:

Дистиллят ДТ

(538 К) ®  (433 К)

Нефть

(413 К) ¬  (393 К)

∆Тmax =125 ∆Tmin = 40

∆Tcp = ∆ Тmax - ∆Tmin

∆Tcp = K

2.4 Выбор т/o

Для того чтобы выбрать один из т/о аппаратов типа «труба в трубе», следует ориентировочно определить необходимую поверхность т/о.

Примем на основании практических данных коэффициент теплопередачи в т/о к = 290 Вт/(м2 · К). Тогда предполагаемая поверхность т/о определяется по формуле:

F =

F = м2

Выбираем т/o «труба в трубе» ТТР7-2 с поверхностью т/o по наружному диаметру внутренней трубы (без ребер).

Технологическая характеристика т/оТТР7-2:

диаметр внутренних труб 48 х 4 мм.

диаметр наружных труб 89 х 5 мм.

допустимая максимальная температура в трубном пространстве – не более 723 К.

допустимая максимальная температура в межтрубном пространстве – не более 473 К.

Учитывая допускаемые температуры потоков, направим по внутренним трубам дистиллят дизельное топливо, а по межтрубному пространству – нефть.

2.5 Физические параметры теплоносителей при их средних температурах

Дистиллят дизельного топлива:

Т ср.1 =

где Т –начальная и конечная температуры дистиллята дизельного топлива.

Т ср.1 = 538 + 433 = 486 К.

Коэффициент теплопроводности:

λ ср.1 =  · (1,0 – 0,00047 · Т ср.1)

λ ср.1 =  · (1,0 – 0,00047 · 486) = 0,123 Вт/м·к.

Теплоемкость:

C ср.1 = · (0,762 + 0,0034 · Т ср.1)

C ср.1 =  · (0,762 + 0,0034 · 486) = 2,64 кДж/кг · К

Относительная плотность:

 = р- α ·(Т ср.1 – 293)

 = 835 – 0,000725 ·(486 – 293) = 834,9

Определяем кинематическую вязкость для дистиллята дизельного топлива:

lg  = nlg

где n1, n2 кинематическая вязкость дистиллята дизельного топлива при Т1= 293 и Т2= 323 К соответственно.

V1 = V293 = 1,05 · 10-6 м2/c

V2 = V323 = 1 · 10-6 м2/c

T1= 293 K

T2 = 323 K

n =

n =

Тогда кинематическая вязкость для дистиллята дизельного топлива при

Т ср.1 определяется из уравнения:

Vтср.1 = 1,05 · 10-6 = 1,05 · 10-6 = 0,92 · 10-6 м2/с

antilog(0,05 lg 486 – 273) antilog 0,05 lg 10,6 293 - 273

Нефть:

Средняя температура:

Т ср.2 = +

2

Т ср.2 = 393 + 413 = 403 K.

2

Расчеты физических параметров для нефти:

λ ср.2 =  · (1,0 – 0,00047 · Т ср.2).

λ ср.2 =  · (1,0 – 0,00047 · 403) = 0,156 · 0,812 = 0,127 Вт/м·к.

Определяем теплоемкость:

1

C ср.2 = (0,762 + 0,0034 · Т ср.2).

C ср.2 =  · (0,762 + 0,0034 · 403) = 2,29 кДж/кг · К.

Определяем относительную плотность:

 = р- α · (Т ср.2 – 293)

 = 860 – 0,000725 ·(403 – 293) = 859,9

Определяем кинематическую вязкость для нефти:

n2 =

n2 =

2.6 Коэффициент теплоотдачи от дизельного топлива

2.6.1 Коэффициент теплоотдачи α1 от дистллята дизельного топлива к внутренней поверхности малой трубы

Скорость потока дизельного топлива (в м/c):

W1 =

где f1 – площадь поперечного сечения всех труб в одном ходу аппарата.

W1 =  = 0,605 м/c

ft = · N1

где dв – внутренний диаметр внутренней трубы;

 N1 – число труб в одном ходу.

ft = 0,785 · 0,042 · 7 = 0,0088 м2

Определяем критерий Рейнольдса:

Recp.1 =

Recp.1 =  = 26304

Для турбулентного режима:

α1 = 0,021 ·  · Re · Pr ·

Определяем критерий Прандтля:

Prcp.1 =

Prcp.1 = = 16

Предварительный расчет показывает, что отношение ≈ 1.

Определяем α1. (Вт/м2·К):

 920 Вт/м2·K

2.6.2 Коэффициент теплоотдачи α2 от гладкой наружной поверхности малой трубы к нефти

Нефть движется в межтрубном пространстве кольцевого сечения, площадью в (м2) которого для одного хода определяется:

м2

где  - внутренний диаметр наружной трубы;

  - внутренний диаметр наружной трубы.

Скорость потока нефти:

 (м/c)

 м/с

Эквивалентный диаметр кольцевого сечения:

-

Критерий Рейнольдса:

Recp.2 =

Recp.2 =  = 26373,6

Определяем критерий Прандтля:

Prcp.2 =

Prcp.2 =  = 28,53

Принимаем по изложенным выше соображениям значение сомножителя:

≈ 1, найдем α2 (Вт/м2 · К):

α2 = 0,021 ·  · Re · Pr ·

 992,7 Вт/м2·K

2.6.3 Коэффициент  от оребренной наружной поверхности малой трубы к нефти

Расчет  в (Вт/м2 · К) ведем по формуле:

=

где

h – высота ребер

β – характеристика эффективности прямых продольных ребер

S – шаг по окружности трубы.

Для принятых оребренных труб:

h = 0,013 м

δ = 0б001 м

Принимаем β = 0,348

Шаг ребер по окружности трубы:

где n = 20 – число прямых продольных ребер.

 м

Коэффициент теплоотдачи:

=  = 1821,8 Вт/м2 К

2.7 Коэффициент теплопередачи

2.7.1 При отсутствии оребрения и чистых поверхностей труб

где dст – толщина стенки (dст=0,004м);

 lст – теплопроводность стенки (lст=46,5Вт/(м*К)).

K =  = 476,19 Вт/м2·K

2.7.2 При отсутствии оребрения и загрязненных поверхностей трубы

 =  =263,16 Вт/м2·K

где

 м2·K/Bт;

 м2·K/Bт.

2.7.3 При оребрении наружной поверхности внутренней трубы и отсутствии загрязнения

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к гладкой поверхности, определяется по формуле:

где F1 – поверхность теплообмена (по наружному диаметру внутренней трубы, без рёбер);

 F2 – поверхность теплообмена ребристой поверхности.

 Вт/м2·K

В принятом для расчета т/о поверхность теплообменника (по наружному диаметру внутренней трубы, без ребер) F1.

Коэффициент оребрения (при 20 ребрах) φ = 4,3, поэтому величину ребристой поверхности:

F2 = φ • F1

F2 = 4,3 • 30 = 129 м2

2.7.4 При оребрении наружной поверхности внутренней трубы и наличии загрязнений, принимая те же, что и в пункте «в», значения тепловых сопротивлений, находим:  Вт/м2·K

= м2

2.8 Поверхность теплообмена

В соответствии с заданием, рассчитываем поверхность т/о для двух случаев.

2.8.1 При отсутствии оребрения и загрязненных поверхностях:

 м2

Необходимое число сдвоенных секций т/o:

С запасом принимаем:

 = 1

2.8.2 При оребрении труб и загрязненных поверхностях

м2

Необходимое число сдвоенных секций:

 = 1,35

С запасом принимаем:

= 2

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА

1 Конечная температура дистиллята дизельного топлива 433К

2 Температура нефти на выходе из теплообменника 413 К и его тепловая нагрузка 1165х103 кВт

3 Средний температурный напор 75 К

4 Поверхность теплообмена 53 м2

5 Физические параметры при средних температурах 486 К-дистиллят дизельного топлива и 403К-нефть

Коэффициент теплопроводности 0,123 и 0,126 Вт/(м*К)

Теплоёмкость 2,64 и 2,30 кДж/(кг*К)

Относительная плотность 834,9 и 859,9

Кинематическая вязкость 0,92*10-6 и 1,82*10-6 м2/с

6 Коэффициент теплоотдачи от дистиллята дизельного топлива к внутренней поверхности малой трубы 920,09 Вт/м2*К

Коэффициент теплоотдачи от гладкой наружной поверхности малой трубы к нефти 992,7 Вт/м2*К

Коэффициент теплоотдачи от оребрённой наружной поверхности малой трубы к нефти 1821,8 Вт/м2*К

7 Коэффициент теплопередачи:

-при отсутствии оребрения и читсых поверхностях 476,19 Вт/м2*К

-при отсутствии оребрения и загрязнённых поверхностях труб 263,16 Вт/м2*К

-при оребрении наружной поверхности внутренней трубы и отсутствии загрязнения 769,2 Вт/м2*К

-при оребрении наружной поверхности внутренней трубы и наличии загрязнений 417,8 Вт/м2*К

8 Поверхность теплообмена

-при отсутствии оребрения и загрязнённых поверхностях 20,2 м2

Необходимое число сдвоенных секций т/о 1

-при оребрении труб и загрязнённых поверхностях 40,6 м2

Необходимое число сдвоенных секций 2

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Молоканов Ю.К., Скобло А.И., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии

2 Молоканов А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа.

3 Кузнецов А.А. Нефтеперерабатывающая промышленность.

4 Вихман А.Г. Процессы и аппараты

5 Баранов Д.А. и Кутепов А.М. Процессы и аппараты.