ЗАВДАННЯ
для курсового проектування по
Процесам та апаратів НГП
Учневі 4 курсу,
групи за фахом 240404 «Переробка нафти і газу»
Розрахувати необхідну поверхню теплообміну і число стандартних теплообмінних апаратів типу «труба в трубі» для нагріву нафти дистилятом дизельного палива при наступних вихідних даних:
дистилят дизельного палива G 1 = 16х10 3 кг / год, р
початкова температура Т 1 ¢ = 538 К, Т 1 ² = 433 К
нафту G 2 = 86х10 3 кг / год, р
початкова температура Т 2 ¢ = 393 К
Розглянути два варіанти розрахунку:
зовнішня і внутрішня труби гладкі;
зовнішня поверхня внутрішньої труби ребра.
ЗМІСТ
Введення
1 Технологічний розділ
1.1. Класифікація теплообмінників, застосовуваних у нафтопереробці
1.2. Призначення теплообмінника - «труба в трубі»
1.3. Теоретичні основи процесу теплопередачі
1.4. Опис схеми роботи теплообмінника. Робочі параметри
1.5. Обслуговування і чищення теплообмінника
1.6. Техніка безпеки і охорона навколишнього середовища
2 Розрахунковий розділ
2.1. Вибір кінцевої температури
2.2. Температура нафти на виході з теплообмінника та його теплове навантаження
2.3. Середній температурний напір
2.4. Вибір т / о
2.5. Фізичні параметри теплоносіїв при їх середніх температурах
2.6. Коефіцієнти тепловіддачі
2.7. Коефіцієнт теплопередачі
2.8. Поверхня теплообміну
Список використаної літератури
ВСТУП
У нафтопереробної промисловості широко поширені процеси теплообміну (нагрівання і охолоджування) рідин і газів без зміни їх агрегатного стану, а також випаровування рідин і конденсація парів. Для цього існують спеціальні теплообмінні апарати.
1 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ
1.1 Класифікація теплообмінників, застосовуваних у нафтопереробці
Ці процеси здійснюють у теплообмінниках, конденсаторах, холодильниках. У залежності від способу передачі тепла розрізняють три групи теплообмінних апаратів:
· Поверхневі; в яких тепло передається через поверхню, що розділяє обмінюються теплом середовища;
· Змішання, в яких тепло від одного середовища до іншого передається при безпосередньому зіткненні;
· Регенеративні, в яких середовища нагріваються при зіткненні з раніше нагрітими твердими тілами, що заповнюють апарат і періодично нагріваючими іншим теплоносієм.
До поверховим теплообмінникам відносяться кожухотрубчасті; елементні, змієвикові, спіральні, типу «труба в трубі» та ін Найбільш поширені кожухотрубчасті теплообмінники, які застосовують при великих витратах малов'язких рідин або газів. Якщо рідини мають високу в'язкість і їх витрата невеликий; використовують теплообмінники типу «труба в трубі». Змієвикові теплообмінники зазвичай застосовують при невеликих теплових навантаженнях .. У конденсаторах охолоджуються пари нафтових дистилятів, що відводяться з верху ректифікаційної колони. Конденсатори за конструкцією і принципом роботи поділяються на трубчасті, заглибні і змішування. Найбільш пожежонебезпечні трубчасті конденсатори, так як при раптовому припиненні подачі охолоджуючої води на установку пари бензину можуть не сконденсуватися в апараті. Занурювальні конденсатори широко поширені, однак на нових установках їх не застосовують, так як вони громіздкі і коефіцієнт теплопередачі їх невисокий. У конденсаторах змішання пари нафтопродукту конденсуються при безпосередньому змішуванні з охолоджувальною водою. Конденсат і вода збираються внизу апарата і розділяються на два шари з-за різної щільності.
Холодильники на нафтопереробних заводах призначені для охолодження рідких дистилятів і залишків після перегонки нафти. За конструкцій холодильники мало відрізняються від теплообмінників і бувають двох видів: трубчасті й заглибні. Холодильники трубчастого типу найбільш пожежонебезпечні, так як запас води в них невеликий і трубки часто виходять з ладу.
Для охолодження апаратів на нафтопереробних заводах витрачається дуже багато води. Щоб зменшити її витрата, використовують оборотні системи. В даний час у нафтопереробці та нафтохімії обсяг оборотного водопостачання становить 85% загальної витрати. Оборотні системи є досить складним - це водозабори, насосні станції, очисні споруди, мережа водопроводів і т.п. Створення та експлуатація таких комплексів потребує великих капіталовкладень. У результаті пошуків нових систем охолодження були створені апарати повітряного охолодження (АВО).
1.2 Призначення теплообмінника - «труба в трубі»
Теплообмінники типу «труба в трубі» використовуються в основному для нагрівання або охолодження теплоносія в тих випадках, коли потрібні невеликі поверхні теплообміну (зазвичай до 50 м 2). Вони також можуть використовуватися в процесах, що супроводжуються частковим кипінням або конденсацією теплоносія. Перевага теплообмінника «труба в трубі» полягає в різноманітності компонувань, і, крім того, вони можуть бути швидко зібрані з стандартних елементів на місці монтажу. При необхідності поверхню теплообміну може бути збільшена за рахунок установки додаткових секцій. Підходящим вибором конструкції вхідних і вихідних патрубків можна забезпечити ефективну очистку поверхонь теплообміну по обох сторонах. Можна просто виконувати контроль розподілу потоків теплоносія по кожному каналу теплообмінника, що особливо важливо при охолодженні в'язких рідин, коли в разі необхідності один насос може бути встановлений для групи теплообмінників. Головними недоліками теплообмінників «труба в трубі» є великий обсяг і вартість. на одиницю поверхні теплообміну.
Область застосування
Найпростіший вид теплообмінника «труба в трубі» представляє собою У-образну трубу, поміщену всередину труби такої ж форми. Теплообмінники "труба в трубі» з поздовжніми ребрами були розроблені наприкінці Другої світової війни. Теплообмінники "труба в трубі» використовуються замість кожухотрубних теплообмінників при виконанні хоча б однієї з таких умов:
низький коефіцієнт тепловіддачі з боку кожуха: Якщо відношення коефіцієнтів тепловіддачі усередині труб до коефіцієнтів в межтрубном просторі більше 2:1, то слід використовувати розвинені поверхні. Типовим прикладом можуть служити теплообмінники з газом або в'язкими рідинами в межтрубном просторі і водою, парою або рідиною з низькою в'язкістю в трубах. Чим більше це відношення, тим більш ефективним буде застосування розвинених поверхонь, оскільки при цьому можуть бути збільшені число і розмір ребер;
«Перетин» або близькі значення температур по гарячої та холодної стороні. Конструкція теплообмінників «труба в трубі» дозволяє в точності відтворити режим протитоку, І ситуація, при якій виникає «перетин» температур, легко усунена. Оскільки теплообмінники типу «труба в трубі» мають модульну структуру, вони можуть бути змонтовані послідовно і паралельно з мінімумом комунікаційних трубопроводів і на загальному фундаменті;
високі тиски. Для обраної потужності теплообмінники «труба в трубі» мають менший діаметр зовнішньої труби, ніж діаметр кожуха в кожухотрубних теплообмінниках. Зовнішні труби звичайно не мають зварних швів, і їх діаметр варіює від 50 до 200 мм, хоча в особливих випадках можливі й великі діаметри. Отже, при високому тиску в зовнішній трубі потрібна менша товщина стінок з-за малого діаметру;
малі потужності. Теплообмінники "труба в трубі» часто використовуються для невеликих потужностей, при яких немає необхідності застосовувати оребрені труби (наприклад, при використанні як теплоносія води). У цьому випадку застосовуються гладкі труби або пучки гладких труб.
1.3 Теоретичні основи процесу теплопередачі
Теплові процеси або теплообмін - узагальнена назва процесів передачі енергії у вигляді теплоти між тілами, що мають різну температуру.
Рушійною силою процесу теплообміну є різниця температур. Причому передача теплоти здійснюється від тіла з більшою до тіла з меншою температурою.
До тепловим процесам, які у промисловості, відносяться процеси нагрівання, охолодження, випаровування і конденсації.
Речовини і тіла, що беруть участь в процесі теплообміну, називаються теплоносіями. Теплоносії з більш високою температурою, що віддають теплоту в процесі теплообміну, називаються гарячими теплоносіями, речовини з більш низькою температурою, що сприймають теплоту в процесі теплообміну, називаються холодними теплоносіями.
Передача теплоти може здійснюватися як при безпосередньому зіткненні теплоносіїв, так і через тепло-провідну стінку (поверхню теплообміну) і є основним розрахунковим конструктивним параметром теплообмінних апаратів (теплообмінників).
Розрізняють стаціонарні (усталені) і нестаціонарні (несталі) теплообмінні процеси.
При стаціонарних процесах, характерних зазвичай для безперервно діючих теплообмінних пристроїв, температура в кожній точці робочого об'єму (тіла) не змінюється в часі.
При нестаціонарних процесах, характерних для періодично діючого обладнання, температура, навпаки, змінюється в часі.
Сукупність значень температур у всіх точках об'єму (тіла) називається температурним полем. Крім тривимірного температурного поля, в залежності від умов проведення процесу і кількості використовуваних координат можуть розглядатися двовимірні, та одномірні температурні поля.
Так само, як теплові процеси, температурне поле може бути стаціонарним і нестаціонарним.
Ізотермічна поверхня в температурному полі - поверхня, яка об'єднує точки з однаковими температурами. Через відсутність різниці температур теплота уздовж такої поверхні не поширюється.
Теплота в температурному полі, таким чином, може поширюватися тільки між ізотермічними поверхнями. При цьому ступінь інтенсивності зміни температури характеризується температурним градієнтом, вираженою межею відношення приросту температури до відстані між ізотермічними поверхнями, спрямованим по нормалі до цієї поверхні.
Механізми передачі теплоти
Теплота від одного тіла до іншого передається: теплопровідністю, конвекцією та тепловим випромінюванням.
Теплопровідність (кондукція) - перенесення теплоти внаслідок руху та коливань мікрочастинок, дотичних один з одним. Теплопровідністю передається теплота в твердих тілах і тонких шарах рідини і газу.
Конвекція - перенесення теплоти шляхом переміщення макрооб'єктів рідини або газів. Переміщення можливо за рахунок різниці щільності, зумовленої неоднаковою температурою окремих ділянок обсягу системи (природна, або вільна, конвекція), а також шляхом примусового їх переміщення в результаті зовнішніх механічних впливів за допомогою насосів, компресорів, повітродувок і т. п, (вимушена конвекція) .
Теплове випромінювання (випромінюванням) - перенесення теплоти у вигляді електромагнітних хвиль, випромінюваних нагрітим тілом.
Зазначені механізми розповсюдження теплоти рідко зустрічаються в чистому вигляді. Зазвичай вони супроводжують один одного - відбувається так званий складний теплообмін.
Конвекція - процес поширення теплоти в рідині або газі від поверхні твердого тіла або навпаки. Процес передачі теплоти одночасно конвекцією та теплопровідністю називають тепловіддачею.
При тепловіддачі теплота передається від стінки через тонкий прикордонний шар теплопровідністю, а потім у потік (ядро) рідини конвекцією.
Основним законом тепловіддачі є закон Ньютона, згідно з яким кількість теплоти dQ K0HB, передане конвекцією від поверхні до навколишнього середовища (або навпаки), по поверхні теплообміну dF, різниці температур поверхні t ст і навколишнього середовища t f і часу dx проведення процесу: dQ KOHB = a (t CT-t f) dFdт.
Коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом тепловіддачі і показує, яку кількість теплоти передається від теплообмінної поверхні 1 м 2 в навколишнє середовище чи навпаки протягом 1 с при різниці температур теплообмінної поверхні та навколишнього середовища 1 К.
Коефіцієнт тепловіддачі не є постійною величиною для аналізованої середовища і залежить в першу чергу від гідродинамічних умов течії рідини уздовж теплопередающей поверхні, а також щільності, в'язкості, питомої теплоємності та інших параметрів. Теплопередача - процес передачі теплоти від більш нагрітої середовища до менш нагрітої середовищі через стінку.
Коефіцієнт теплопередачі показує, яка кількість теплоти переходить в одиницю часу від більш нагрітого до менш нагрітого теплоносія через їх розділяє стінку з площею поверхнею 1 м 2 при різниці температур між теплоносіями один градус.
У разі розгляду процесу передачі теплоти через стінку циліндричної форми механізм теплопередачі залишається колишнім, а кількість теплоти, яка передається на кожній стадії.
1.4 Опис схеми роботи теплообмінника. Робочі параметри
У розбірних конструкціях теплообмінників типу «труба в трубі» внутрішні труби при підвищенні температури можуть подовжуватися незалежно від зовнішніх. Конструкція апаратів дозволяє здійснювати регулярну механічне очищення внутрішньої поверхні теплообмінних труб від забруднень, а також при необхідності виймати труби для їх заміни або механічного очищення зовнішньої поверхні.
У багатопоточних теплообмінних апаратах розподільна камера служить для розподілу потоку по теплообмінним трубах. Між гратами теплообмінних і кожухові труб розташована розподільна камера для середовища, що протікає по кільцевому простору в кожухові трубах. Багатопотокові теплообмінники мають два ходи по внутрішніх трубах і два по зовнішнім.
У апараті цього типу легше забезпечити більші, ніж у кожухотрубчасті теплообмінниках, швидкості руху потоків, що дозволяє мати і більш високі коефіцієнти теплопередачі і великі значення теплонапруженості поверхні нагрівання. Крім того, в апаратах типу «труба в трубі» легше здійснити противоток між теплообменівающіміся середовищами, що також сприяє більш високої ефективності теплообміну.
Поверхня теплообмінних апаратів розглянутого типу в меншій мірі схильна до забруднення продуктами корозії і механічними домішками, що містилися в теплообменівающіхся середовищах. У багатьох випадках апарати типу «труба в трубі» працюють з більш високими тепловими показниками, ніж кожухотрубчасті теплообмінники.
У теплообмінних апаратах розбірної конструкції внутрішні труби в ряді випадків з зовнішньої поверхні виконуються з ребрами, що дозволяє в 4 -5 разів збільшити їх поверхню теплообміну. Ребра внутрішніх труб використовують, як правило, в тих випадках, коли з боку однієї з теплообменівающіхся середовищ важко забезпечити високий коефіцієнт тепловіддачі (рухається газ. В'язка рідина, потік має ламінарний характер тощо). У цьому випадку оребренпе поверхні зі сто-рони такий теплообменівающейся середовища дозволяє значно збільшити кількість переданого тепла.
Варіанти оребрення труби: ребра можна виготовити у вигляді штампованих корит, приварених контактним зварюванням або зі смуг, які вставляють в канавки, а потім закріплюють обтисненням крайок (завальцювання ребер роликами). Ребра можуть бути отримані накаткою або видавлюванням з металу труби. Застосовують також ребристі труби з приварними штамп.
Для підвищення ефективності теплообміну в трубному просторі використовують методи впливу на потік пристроями, руйнівними і турбулізірующімі рух потоку в трубі. Це різного роду турбулізірующіе вставки, млявий стрічкові, завихрювача, встановлені по всій довжині труби, забезпечують закрутку потоку, що є одним з ефективних способів інтенсифікації теплообміну в трубах. Широке поширення через простоту виготовлення отримали стрічкові завbхрітелі. Найбільш ефективна закрутка потоку при цьому реалізується, якщо стрічка вставлена в трубу практично без зазору. Додатковий ефект у цьому випадку полягає в тому. що гвинтова вставка збільшує поверхню теплообміну і сприйняте нею тепло за допомогою теплопровідності передається в стінку труби.
Вітчизняні машинобудівні заводи освоїли виробництво діафрагмованою труб, які виготовляються шляхом нанесення на гладкі труби поперечних вертикальних (див. ХХП-14 a) або похилих спіральних (див. ХХП-14. А) канавок. Замість похилих канавок можна встановлювати всередині труб турбулізатори, що представляють собою спіральну дріт. Наведено турбулізатор, застосовуваний при русі всередині труби вякіх продуктів або тоді, коли при необхідності потрібно забезпечити на великій довжині невелике гідравлічний опір.
Недоліками теплообмінних апаратів типу «труба в трубі» у порівнянні з кожухотрубчасті апаратами є великі габарити, а також більш високий витрата металу на одиницю поверхні нагрівання. для курсового проектування по
Процесам та апаратів НГП
Учневі 4 курсу,
групи за фахом 240404 «Переробка нафти і газу»
Розрахувати необхідну поверхню теплообміну і число стандартних теплообмінних апаратів типу «труба в трубі» для нагріву нафти дистилятом дизельного палива при наступних вихідних даних:
дистилят дизельного палива G 1 = 16х10 3 кг / год, р
початкова температура Т 1 ¢ = 538 К, Т 1 ² = 433 К
нафту G 2 = 86х10 3 кг / год, р
початкова температура Т 2 ¢ = 393 К
Розглянути два варіанти розрахунку:
зовнішня і внутрішня труби гладкі;
зовнішня поверхня внутрішньої труби ребра.
ЗМІСТ
Введення
1 Технологічний розділ
1.1. Класифікація теплообмінників, застосовуваних у нафтопереробці
1.2. Призначення теплообмінника - «труба в трубі»
1.3. Теоретичні основи процесу теплопередачі
1.4. Опис схеми роботи теплообмінника. Робочі параметри
1.5. Обслуговування і чищення теплообмінника
1.6. Техніка безпеки і охорона навколишнього середовища
2 Розрахунковий розділ
2.1. Вибір кінцевої температури
2.2. Температура нафти на виході з теплообмінника та його теплове навантаження
2.3. Середній температурний напір
2.4. Вибір т / о
2.5. Фізичні параметри теплоносіїв при їх середніх температурах
2.6. Коефіцієнти тепловіддачі
2.7. Коефіцієнт теплопередачі
2.8. Поверхня теплообміну
Список використаної літератури
ВСТУП
У нафтопереробної промисловості широко поширені процеси теплообміну (нагрівання і охолоджування) рідин і газів без зміни їх агрегатного стану, а також випаровування рідин і конденсація парів. Для цього існують спеціальні теплообмінні апарати.
1 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ
1.1 Класифікація теплообмінників, застосовуваних у нафтопереробці
Ці процеси здійснюють у теплообмінниках, конденсаторах, холодильниках. У залежності від способу передачі тепла розрізняють три групи теплообмінних апаратів:
· Поверхневі; в яких тепло передається через поверхню, що розділяє обмінюються теплом середовища;
· Змішання, в яких тепло від одного середовища до іншого передається при безпосередньому зіткненні;
· Регенеративні, в яких середовища нагріваються при зіткненні з раніше нагрітими твердими тілами, що заповнюють апарат і періодично нагріваючими іншим теплоносієм.
До поверховим теплообмінникам відносяться кожухотрубчасті; елементні, змієвикові, спіральні, типу «труба в трубі» та ін Найбільш поширені кожухотрубчасті теплообмінники, які застосовують при великих витратах малов'язких рідин або газів. Якщо рідини мають високу в'язкість і їх витрата невеликий; використовують теплообмінники типу «труба в трубі». Змієвикові теплообмінники зазвичай застосовують при невеликих теплових навантаженнях .. У конденсаторах охолоджуються пари нафтових дистилятів, що відводяться з верху ректифікаційної колони. Конденсатори за конструкцією і принципом роботи поділяються на трубчасті, заглибні і змішування. Найбільш пожежонебезпечні трубчасті конденсатори, так як при раптовому припиненні подачі охолоджуючої води на установку пари бензину можуть не сконденсуватися в апараті. Занурювальні конденсатори широко поширені, однак на нових установках їх не застосовують, так як вони громіздкі і коефіцієнт теплопередачі їх невисокий. У конденсаторах змішання пари нафтопродукту конденсуються при безпосередньому змішуванні з охолоджувальною водою. Конденсат і вода збираються внизу апарата і розділяються на два шари з-за різної щільності.
Холодильники на нафтопереробних заводах призначені для охолодження рідких дистилятів і залишків після перегонки нафти. За конструкцій холодильники мало відрізняються від теплообмінників і бувають двох видів: трубчасті й заглибні. Холодильники трубчастого типу найбільш пожежонебезпечні, так як запас води в них невеликий і трубки часто виходять з ладу.
Для охолодження апаратів на нафтопереробних заводах витрачається дуже багато води. Щоб зменшити її витрата, використовують оборотні системи. В даний час у нафтопереробці та нафтохімії обсяг оборотного водопостачання становить 85% загальної витрати. Оборотні системи є досить складним - це водозабори, насосні станції, очисні споруди, мережа водопроводів і т.п. Створення та експлуатація таких комплексів потребує великих капіталовкладень. У результаті пошуків нових систем охолодження були створені апарати повітряного охолодження (АВО).
1.2 Призначення теплообмінника - «труба в трубі»
Теплообмінники типу «труба в трубі» використовуються в основному для нагрівання або охолодження теплоносія в тих випадках, коли потрібні невеликі поверхні теплообміну (зазвичай до 50 м 2). Вони також можуть використовуватися в процесах, що супроводжуються частковим кипінням або конденсацією теплоносія. Перевага теплообмінника «труба в трубі» полягає в різноманітності компонувань, і, крім того, вони можуть бути швидко зібрані з стандартних елементів на місці монтажу. При необхідності поверхню теплообміну може бути збільшена за рахунок установки додаткових секцій. Підходящим вибором конструкції вхідних і вихідних патрубків можна забезпечити ефективну очистку поверхонь теплообміну по обох сторонах. Можна просто виконувати контроль розподілу потоків теплоносія по кожному каналу теплообмінника, що особливо важливо при охолодженні в'язких рідин, коли в разі необхідності один насос може бути встановлений для групи теплообмінників. Головними недоліками теплообмінників «труба в трубі» є великий обсяг і вартість. на одиницю поверхні теплообміну.
Область застосування
Найпростіший вид теплообмінника «труба в трубі» представляє собою У-образну трубу, поміщену всередину труби такої ж форми. Теплообмінники "труба в трубі» з поздовжніми ребрами були розроблені наприкінці Другої світової війни. Теплообмінники "труба в трубі» використовуються замість кожухотрубних теплообмінників при виконанні хоча б однієї з таких умов:
низький коефіцієнт тепловіддачі з боку кожуха: Якщо відношення коефіцієнтів тепловіддачі усередині труб до коефіцієнтів в межтрубном просторі більше 2:1, то слід використовувати розвинені поверхні. Типовим прикладом можуть служити теплообмінники з газом або в'язкими рідинами в межтрубном просторі і водою, парою або рідиною з низькою в'язкістю в трубах. Чим більше це відношення, тим більш ефективним буде застосування розвинених поверхонь, оскільки при цьому можуть бути збільшені число і розмір ребер;
«Перетин» або близькі значення температур по гарячої та холодної стороні. Конструкція теплообмінників «труба в трубі» дозволяє в точності відтворити режим протитоку, І ситуація, при якій виникає «перетин» температур, легко усунена. Оскільки теплообмінники типу «труба в трубі» мають модульну структуру, вони можуть бути змонтовані послідовно і паралельно з мінімумом комунікаційних трубопроводів і на загальному фундаменті;
високі тиски. Для обраної потужності теплообмінники «труба в трубі» мають менший діаметр зовнішньої труби, ніж діаметр кожуха в кожухотрубних теплообмінниках. Зовнішні труби звичайно не мають зварних швів, і їх діаметр варіює від 50 до 200 мм, хоча в особливих випадках можливі й великі діаметри. Отже, при високому тиску в зовнішній трубі потрібна менша товщина стінок з-за малого діаметру;
малі потужності. Теплообмінники "труба в трубі» часто використовуються для невеликих потужностей, при яких немає необхідності застосовувати оребрені труби (наприклад, при використанні як теплоносія води). У цьому випадку застосовуються гладкі труби або пучки гладких труб.
1.3 Теоретичні основи процесу теплопередачі
Теплові процеси або теплообмін - узагальнена назва процесів передачі енергії у вигляді теплоти між тілами, що мають різну температуру.
Рушійною силою процесу теплообміну є різниця температур. Причому передача теплоти здійснюється від тіла з більшою до тіла з меншою температурою.
До тепловим процесам, які у промисловості, відносяться процеси нагрівання, охолодження, випаровування і конденсації.
Речовини і тіла, що беруть участь в процесі теплообміну, називаються теплоносіями. Теплоносії з більш високою температурою, що віддають теплоту в процесі теплообміну, називаються гарячими теплоносіями, речовини з більш низькою температурою, що сприймають теплоту в процесі теплообміну, називаються холодними теплоносіями.
Передача теплоти може здійснюватися як при безпосередньому зіткненні теплоносіїв, так і через тепло-провідну стінку (поверхню теплообміну) і є основним розрахунковим конструктивним параметром теплообмінних апаратів (теплообмінників).
Розрізняють стаціонарні (усталені) і нестаціонарні (несталі) теплообмінні процеси.
При стаціонарних процесах, характерних зазвичай для безперервно діючих теплообмінних пристроїв, температура в кожній точці робочого об'єму (тіла) не змінюється в часі.
При нестаціонарних процесах, характерних для періодично діючого обладнання, температура, навпаки, змінюється в часі.
Сукупність значень температур у всіх точках об'єму (тіла) називається температурним полем. Крім тривимірного температурного поля, в залежності від умов проведення процесу і кількості використовуваних координат можуть розглядатися двовимірні, та одномірні температурні поля.
Так само, як теплові процеси, температурне поле може бути стаціонарним і нестаціонарним.
Ізотермічна поверхня в температурному полі - поверхня, яка об'єднує точки з однаковими температурами. Через відсутність різниці температур теплота уздовж такої поверхні не поширюється.
Теплота в температурному полі, таким чином, може поширюватися тільки між ізотермічними поверхнями. При цьому ступінь інтенсивності зміни температури характеризується температурним градієнтом, вираженою межею відношення приросту температури до відстані між ізотермічними поверхнями, спрямованим по нормалі до цієї поверхні.
Механізми передачі теплоти
Теплота від одного тіла до іншого передається: теплопровідністю, конвекцією та тепловим випромінюванням.
Теплопровідність (кондукція) - перенесення теплоти внаслідок руху та коливань мікрочастинок, дотичних один з одним. Теплопровідністю передається теплота в твердих тілах і тонких шарах рідини і газу.
Конвекція - перенесення теплоти шляхом переміщення макрооб'єктів рідини або газів. Переміщення можливо за рахунок різниці щільності, зумовленої неоднаковою температурою окремих ділянок обсягу системи (природна, або вільна, конвекція), а також шляхом примусового їх переміщення в результаті зовнішніх механічних впливів за допомогою насосів, компресорів, повітродувок і т. п, (вимушена конвекція) .
Теплове випромінювання (випромінюванням) - перенесення теплоти у вигляді електромагнітних хвиль, випромінюваних нагрітим тілом.
Зазначені механізми розповсюдження теплоти рідко зустрічаються в чистому вигляді. Зазвичай вони супроводжують один одного - відбувається так званий складний теплообмін.
Конвекція - процес поширення теплоти в рідині або газі від поверхні твердого тіла або навпаки. Процес передачі теплоти одночасно конвекцією та теплопровідністю називають тепловіддачею.
При тепловіддачі теплота передається від стінки через тонкий прикордонний шар теплопровідністю, а потім у потік (ядро) рідини конвекцією.
Основним законом тепловіддачі є закон Ньютона, згідно з яким кількість теплоти dQ K0HB, передане конвекцією від поверхні до навколишнього середовища (або навпаки), по поверхні теплообміну dF, різниці температур поверхні t ст і навколишнього середовища t f і часу dx проведення процесу: dQ KOHB = a (t CT-t f) dFdт.
Коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом тепловіддачі і показує, яку кількість теплоти передається від теплообмінної поверхні 1 м 2 в навколишнє середовище чи навпаки протягом 1 с при різниці температур теплообмінної поверхні та навколишнього середовища 1 К.
Коефіцієнт тепловіддачі не є постійною величиною для аналізованої середовища і залежить в першу чергу від гідродинамічних умов течії рідини уздовж теплопередающей поверхні, а також щільності, в'язкості, питомої теплоємності та інших параметрів. Теплопередача - процес передачі теплоти від більш нагрітої середовища до менш нагрітої середовищі через стінку.
Коефіцієнт теплопередачі показує, яка кількість теплоти переходить в одиницю часу від більш нагрітого до менш нагрітого теплоносія через їх розділяє стінку з площею поверхнею 1 м 2 при різниці температур між теплоносіями один градус.
У разі розгляду процесу передачі теплоти через стінку циліндричної форми механізм теплопередачі залишається колишнім, а кількість теплоти, яка передається на кожній стадії.
1.4 Опис схеми роботи теплообмінника. Робочі параметри
У розбірних конструкціях теплообмінників типу «труба в трубі» внутрішні труби при підвищенні температури можуть подовжуватися незалежно від зовнішніх. Конструкція апаратів дозволяє здійснювати регулярну механічне очищення внутрішньої поверхні теплообмінних труб від забруднень, а також при необхідності виймати труби для їх заміни або механічного очищення зовнішньої поверхні.
У багатопоточних теплообмінних апаратах розподільна камера служить для розподілу потоку по теплообмінним трубах. Між гратами теплообмінних і кожухові труб розташована розподільна камера для середовища, що протікає по кільцевому простору в кожухові трубах. Багатопотокові теплообмінники мають два ходи по внутрішніх трубах і два по зовнішнім.
У апараті цього типу легше забезпечити більші, ніж у кожухотрубчасті теплообмінниках, швидкості руху потоків, що дозволяє мати і більш високі коефіцієнти теплопередачі і великі значення теплонапруженості поверхні нагрівання. Крім того, в апаратах типу «труба в трубі» легше здійснити противоток між теплообменівающіміся середовищами, що також сприяє більш високої ефективності теплообміну.
Поверхня теплообмінних апаратів розглянутого типу в меншій мірі схильна до забруднення продуктами корозії і механічними домішками, що містилися в теплообменівающіхся середовищах. У багатьох випадках апарати типу «труба в трубі» працюють з більш високими тепловими показниками, ніж кожухотрубчасті теплообмінники.
У теплообмінних апаратах розбірної конструкції внутрішні труби в ряді випадків з зовнішньої поверхні виконуються з ребрами, що дозволяє в 4 -5 разів збільшити їх поверхню теплообміну. Ребра внутрішніх труб використовують, як правило, в тих випадках, коли з боку однієї з теплообменівающіхся середовищ важко забезпечити високий коефіцієнт тепловіддачі (рухається газ. В'язка рідина, потік має ламінарний характер тощо). У цьому випадку оребренпе поверхні зі сто-рони такий теплообменівающейся середовища дозволяє значно збільшити кількість переданого тепла.
Варіанти оребрення труби: ребра можна виготовити у вигляді штампованих корит, приварених контактним зварюванням або зі смуг, які вставляють в канавки, а потім закріплюють обтисненням крайок (завальцювання ребер роликами). Ребра можуть бути отримані накаткою або видавлюванням з металу труби. Застосовують також ребристі труби з приварними штамп.
Для підвищення ефективності теплообміну в трубному просторі використовують методи впливу на потік пристроями, руйнівними і турбулізірующімі рух потоку в трубі. Це різного роду турбулізірующіе вставки, млявий стрічкові, завихрювача, встановлені по всій довжині труби, забезпечують закрутку потоку, що є одним з ефективних способів інтенсифікації теплообміну в трубах. Широке поширення через простоту виготовлення отримали стрічкові завbхрітелі. Найбільш ефективна закрутка потоку при цьому реалізується, якщо стрічка вставлена в трубу практично без зазору. Додатковий ефект у цьому випадку полягає в тому. що гвинтова вставка збільшує поверхню теплообміну і сприйняте нею тепло за допомогою теплопровідності передається в стінку труби.
Вітчизняні машинобудівні заводи освоїли виробництво діафрагмованою труб, які виготовляються шляхом нанесення на гладкі труби поперечних вертикальних (див. ХХП-14 a) або похилих спіральних (див. ХХП-14. А) канавок. Замість похилих канавок можна встановлювати всередині труб турбулізатори, що представляють собою спіральну дріт. Наведено турбулізатор, застосовуваний при русі всередині труби вякіх продуктів або тоді, коли при необхідності потрібно забезпечити на великій довжині невелике гідравлічний опір.
Теплообмінні апарати типу «труба в трубі» жорсткої конструкції, так само як і кожухотрубчасті з нерухомими гратами, використовуються при порівняно невеликій різниці температур тепло обмінюються середовищ і при теплообміні незабруднених рідин (часта очищення кільцевого простору не потрібно).
У теплообмінних апаратах типу «труба в трубі» розбірної конструкції порівняно легко очищаються внутрішня і зовнішня поверхні труб; ці апарати мають високий коефіцієнт теплопередачі і є надійними в експлуатації.
Коефіцієнт тепловіддачі.
Найважливішою і найбільш трудомісткою частиною технологічного розрахунку поверхні теплообмінного апарата є обчислення коефіцієнтів тепловіддачі. Методи визначення цих величин вивчаються у спеціальному курсі теплопередачі, тут же наводиться ряд формул, якими і рекомендується користуватися при розрахунку теплообмінних апаратів. Коефіцієнт тепловіддачі від рухомого рідкого або газоподібного потоку залежить від режиму руху: під час ламінарному (струменевому) потоці коефіцієнти тепловіддачі зазвичай малі, а при турбулентному потоці більш високі й зростають зі збільшенням ступеня турбулентності. Режим потоку встановлюється в залежності від значення безрозмірного критерію Рейнольдса.
Поверхня теплообміну.
При відомих кількостях переданого тепла, середньої різниці температур між теплообменівающімі середовищами і коефіцієнті теплопередачі поверхню теплообміну визначається діленням тепла на твір середньої різниці температур і коефіцієнта теплопередачі.
Це справедливо для плоскої стінки, а також для труб, якщо товщина стінки мала в порівнянні з діаметром. Цим же рівнянням слід користуватися і для труб з відносно великою товщиною стінки, але в цьому випадку поверхня теплообміну повинна обчислюватися по середньому діаметру.
Якщо коефіцієнт теплопровідності стінки труби досить високий (стінка металева), а коефіцієнти тепловіддачі а <1000. то величину середнього діаметра визначають по іншому.
Нарешті, якщо один з коефіцієнтів тепловіддачі значно перевершує інший, то середній діаметр практично дорівнює внутрішньому або зовнішньому діаметру труби.
Середній температурний напір.
У більшості виробничих процесів тепло передається при змінних температурах одного або обох теплообменівающіхся потоків. Очевидно, в цьому випадку різниця температур, або температурний напір, згідно з яким передається тепло, також буде величиною змінної, мінливої уздовж поверхні нагріву. У зв'язку з цим виникає необхідність визначення середньої різниці температур (середнього температурного напору) між теплообменівающіміся середовищами. Це середнє значення температурного напору, природно, залежить від характеру зміни температур потоків уздовж поверхні теплообмінного апарату, який може бути різним До найбільш характерних випадків відносяться: прямоток, протитечія, перехресний струм і змішаний струм.
Зіставлення температурних режимів роботи теплообмінних апаратів при прямоток і противотоке дозволяє відзначити, що при прямоток максимальний температурний напір спостерігається біля входу в теплообмінний апарат потім цей натиск зменшується, досягаючи свого мінімального значення біля виходу з апарата. На противагу цьому при противотоке температурний напір більш рівномірно розподіляється уздовж поверхні. Внаслідок такого розподілу температурного напору при прямоток поверхню теплообміну в тепловому відношенні завантажена нерівномірно при противотоке теплове навантаження є більш рівномірною.
Ще одна важлива гідність протитоку: кінцева температура нагрівається середовища може бути вище кінцевої температури охолоджувальної середовища. Ця обставина дозволяє при регенерації тепла забезпечити більш високий підігрів нагрівається середовища а при охолодженні знизити витрату охолоджуючого агента і при тому ж його витраті знизити кінцеву температуру охолоджуваного продукту.
Таким чином, забезпечення протитоку в теплообмінному апараті є бажаним, проте часто з метою спрощення конструкції апарата й по деяких інших причин доводиться застосовувати й інші схеми теплообміну.
1.5 Обслуговування і чищення теплообмінника
Експлуатація
Найбільш часто відкладення залежать від температури і при фіксованій потужності теплообмінник з розвиненою поверхнею має меншу температуру металу, ніж у випадку застосування гладких труб. Тим самим знижується швидкість утворення відкладень. Поздовжній потік також не має застійних зон, в яких можуть накопичуватися відкладення. Нарешті, коли на поверхні накопичуються відкладення (зменшуються коефіцієнти тепловіддачі), збільшується ефективність оребрення і тим самим частково компенсуються втрати в тепловіддачі.
Теплообмінники "труба в трубі» мають невелику масу і легко встановлюються при використанні мінімальної кількості монтажного обладнання. Вони не вимагають великих фундаментів і часто можуть бути приєднані до існуючих пристроїв. Стандартні опори мають болтові отвори з усіх чотирьох сторін. Це означає, що багатосекційні апарати легко можуть бути змонтовані разом. Труби кожухів, з'єднані послідовно, потребують тільки в прокладках, а для з'єднання внутрішніх труб можна використовувати прості поворотні перехідники. Простота конструкції, використання болтових з'єднань, легкість оребрених труб і мінімальне число вузлів забезпечують мінімум вартості. Окремі елементи можуть бути легко і швидко замінені, особливо якщо є в наявності запасний елемент такого ж типу. Це дозволяє проводити очищення забрудненого елемента, не зупиняючи всього технологічного процесу.
Ремонт і очищення теплообмінної апаратури від накипу і забруднень проводять у строки, передбачені інструкціями. Перед початком робіт повністю звільняють теплообмінну апаратуру від нафтопродуктів, відкривають кришку, промивають трубне і міжтрубний простір водою, продувають парою і тільки після цього приступають до механічної або хімічної очистки. Замість промивання апаратів звичайного вуглецю - розчинниками (гасом, сольвентом і т.п.), доцільно застосовувати пожежобезпечні мийні засоби.
Однією з причин погіршення роботи теплообмінної апаратури є порушення роботи системи оборотного водопостачання, в тому числі підвищення надійності і економічності процесів конденсації і охолодження дистилятів в нафтопереробній промисловості стали широко застосовувати теплообмінні апарати повітряного охолодження.
Слід, однак, відзначити, що апарати повітряного охолодження мають специфічну небезпекою, обумовленою наявністю потужного вентиляційного агрегату. Вже відмічений випадок, коли відрив лопаті викликав пошкодження теплообмінної системи, виходу горючих рідин і газів назовні, виникнення великої пожежі на блоці теплообмінної апаратури.
1.6 Техніка безпеки та охорона навколишнього середовища
Теплообмінні апарати, як і багато інших технологічні апарати нафтопереробки, створюють пожежну небезпеку двійці роду:
· По-перше, вони самі, можуть послужити місцем виникнення розвитку пожежі;
· По-друге вони істотно впливають на пожежну небезпеку пов'язаних з ними технологічних апаратів та установок у цілому.
Пожежі та загоряння на теплообмінних апаратах виникають головним чином у результаті утворення нещільностей і пошкоджень при надмірному підвищенні тиску, температурних деформаціях і корозії.
Підвищений тиск в теплообмінному апараті може утворюватися за відсутності контролю й регулювання подачі нагрівається продукту, освіті пробок в трубках або в лінії за теплообмінником через відкладень, неправильному регулюванні подачі теплоносія.
Небезпека втрати герметичності особливо велика при пусках зупинках теплообмінних апаратів. Орі цьому найбільш вірогідні дві причини пошкодження апарату: в результаті теплового розширення нестисливої рідини елементів і нерівномірних температурних деформацій апарату. У теплообмінному апараті (наприклад, в кожухотрубчасті теплообміннику), призначеному для підігріву рідких продуктів, небезпечний гарячий (тобто з підігрівом) пуск при випадково залишених, закритими засувках на кінцях теплообмінних труб, заповнених рідким продуктом. Що знаходиться всередині відключених труб рідина при нагріванні значно збільшується в об'ємі.
Нерівномірні температурні деформації в теплообмінному апараті виникають в результаті різниці температур нагріву конструктивних елементів, жорстко зв'язаних між собою. Для запобігання небезпечних температурних деформацій обмежують довжину теплообмінників, а при перевищенні безпечної довжини в конструкції теплообмінників передбачають температурні компенсатори (плаваюча головка, сальникове пристрій, вигнуті трубки, лінза).
У разі проходу через теплообмінники високов'язких рідин з високою температурою нагріву (наприклад гудроновие теплообмінники типу «труба в трубі») зовнішні поверхні теплообмінних апаратів, нагріті вище температури самозаймання нафти і нафтопродуктів, можуть послужити джерелами запалювання при витоку рідин, парів і газів в атмосферу. Теплова ізоляція не усуває цю небезпеку, якщо фланцеві з'єднання або інші фасонні деталі теплообмінників залишені неізольованими.
Компактне розташування великої кількості теплообмінних апаратів в блоках, наявність фланцевих з'єднань і засувок, що швидко втрачають герметичність під час пожежі, а також наявність теплової ізоляції, просоченої нафтопродуктами, сприяє швидкому розвитку пожежі.
Фундаменти для теплообмінних апаратів виконують із негорючих і вогнестійких матеріалів. Якщо теплообмінники розміщують на металевих конструкціях, то їх захищають термоізоляцією або обкладають біля основи бетоном. Теплообмінники захищають у підстави суцільний негорючою стіною заввишки не менше 0,3 м, або кільцевим кюветом на відстані 0,5 м від виступаючих частин апаратури.
Поверх теплоізоляції теплообмінника рекомендується надягати кожух з листям сталі, пофарбованої в світлий колір.
Періодично кожухи очищають від забруднень, а при зносі окремих листів - замінюють новими на працюючому апараті.
На пожежну небезпеку інших технологічних апаратів та установок у цілому теплообмінні апарати впливають перш за все при погіршенні умов теплообміну. У результаті зменшення тепловідводу і ступеня конденсації в технологічних апаратах і трубопроводах, пов'язаних з теплообмінниками, конденсаторами і холодильниками, значно зростає тиск, що означає пожежонебезпечна порушення технологічного режиму.
Нормальної роботи установки необхідно виконувати всі вимоги Федерального Закону «Про основи охорони працю в РФ» і Федерального Закону «Про промислову безпеку небезпечних виробничих об'єктів».
Основні правила безпеки ведення технологічного процесу. Безпечна робота залежить від кваліфікації та уважності працюючого персоналу, а також від строгого дотримання виробничих інструкцій і вимог цього регламенту.
До роботи допускаються тільки ті особи, які пройшли необхідну підготовку, склали іспити на допуск до робочого місця і пройшли інструктаж з охорони праці та промислової безпеки, стажування не менше 10 робочих змін.
Всі діючі інструкції та положення з охорони праці та промислової безпеки повинні бути в наявності, знання та їх дотримання персоналом повинні постійно контролюватися.
Працювати дозволяється тільки на справному обладнанні, на справних комунікаціях, арматурі і приладах КВП.
Систематично стежити за справністю і включенням у роботу приладів контролю і автоматики, систем сигналізації та автоматичних блокувань. Постійно стежити за справністю і роботою сигналізаторів вибухонебезпечних концентрацій. Не допускати загазованості території і приміщень.
Слідкувати за роботою насосів, своєчасно усувати пропуски торцевих ущільнень та фланцевих з'єднань. Систематично контролювати роботу запобіжних клапанів, Відбір проб здійснювати через спеціальні вентилі з допомогою герметизованих пробовідбірників.
Оператор ТУ 5 розряду зобов'язаний.
Перед початком зміни проводити огляд обслуговується блоку, перевіряти:
- Чистоту і порядок на робочому місць, у виробничих вентиляційних і складських приміщеннях;
- Справність устаткування, комунікацій, апаратів, приладів КіШа;
- Засоби пожежогасіння та газозахисту;
- Наявність та справність огорож, запобіжних клапанів, блокувальних і сигналізують пристроїв, засобів індивідуального та групового захисту;
- Стан проходів, переходів, майданчиків, сходових пристроїв,
Доповідати протягом зміни оператору ТУ 6 розряду: про виявлені несправності обладнання, приладів, електричних мереж і пристроїв, арматури, комунікацій та огорож, а також про виникнення відхилень в режимі технологічного процесу;
Про всі випадки виявлення непрацездатності запобіжних, блокувальних, що сигналізують та інших захисних і протиаварійних засобів, засобів пожежогасіння та індивідуального захисту; Точно і своєчасно виконувати розпорядження оператора ТУ 6 розряду і начальника.
- Прийом і здачу зміни виробляти в суворій відповідності з інструкцією, під час зміни заповнювати режимний журнал;
- Попереджати й усувати відхилення процесу від заданого режиму;
- Контролювати дотримання технологічного режиму, якість сировини і вироблюваних продуктів за показаннями контрольно-вимірювальних приладів і результатами аналізів;
- Вести контроль над обліком витрат сировини, матеріалів, паливно-енергетичних ресурсів, вироблюваних продуктів;
- Контролювати повноту відбираються аналізів протягом зміни, згідно графіку аналітичного контролю;
При переробці нафти в атмосферу можуть виділитися шкідливі речовини - вуглеводні, сірководень, оксид вуглецю і азоту, аміак. Основними джерелами забруднення є резервуарні парки нафти нафтопродуктів, зливо-наливні естакади, вузли оборотного водопостачання та очисні споруди, факельні свічки для відкритого спалювання газу, запобіжні клапани, системи витяжної вентиляції. Понад 40% від усього викиду припадає на частку резервуарних парків. Різкого зниження вуглеводнів можна домогтися, застосовую для зберігання нафти і світлих нафтопродуктів резервуари з понтонами або з плаваючою дахом. Цей захід дозволяє знизити втрату вуглеводнів на 85-90%. Запобігання втрати вуглеводнів сприяє також з'єднання резервуарів між собою газоуравнітельнимі лініями. У цьому випадку пари витісняемий з резервуару, в який закачується продукт, витісняються з вирівнюючої лінії в сусідній резервуар.
2 РОЗРАХУНКОВИЙ РОЗДІЛ
2.1 Вибір кінцевої температури
На підставі практичних даних приймемо кінцеву температуру дистиляту дизельного палива = 433 К. В усіх наступних розрахунках, за винятком спеціально обумовлених випадків, у позначеннях величин нижній індекс «1» відноситься до гарячого теплоносія (дистилят - дизельне паливо), а нижній індекс «2» - до холодного теплоносія (нафти).
2 .2 Температура нафти на виході їх теплообмінника і його теплове навантаження
Запишемо рівняння теплового балансу апарату в наступному вигляді:
G 1 ·
де q
q
η - коефіцієнт використання тепла, рівний 0,93-0,97.
З цього рівняння визначимо ентальпію q
G 1, G 2 - витрати дизельного палива і нафти відповідно.
Для подальших розрахунків необхідно відносні щільності теплоносіїв перерахувати з р
Ентальпії теплоносіїв визначимо по (Додатку 2):
q
q
q
Підставляючи знайдені величини в рівняння теплового балансу, знайдемо q
q
q
Приймаються 
Визначимо теплову навантаження т / o (кДж / год) і (кВт):
Q 1 = G 1 · (q
Q 1 = 16000 · (618 - 342) · 0,95 = 4195000 кДж / год
Q 1 = 4195000 / 3,6 = 1165000 кВт
2.3 Середній температурний напір
Середній температурний напір ΔТср в т / о визначаємо за формулою Грасгофа, маючи на увазі, що в апараті здійснюється противоток теплоносіїв за схемою:
Дистилят ДТ
(538 К)
Нафта
(413 К)
ΔТmax = 125 ΔTmin = 40
ΔT cp = Δ Тmax - ΔTmin
ΔT cp =
2.4 Вибір т / o
Для того щоб вибрати один з т / о апаратів типу «труба в трубі», слід орієнтовно визначити необхідну поверхню т / о.
Приймемо на підставі практичних даних коефіцієнт теплопередачі в т / о к = 290 Вт / (м 2 · К). Тоді передбачувана поверхню т / о визначається за формулою:
F =
F =
Вибираємо т / o «труба в трубі» ТТР7-2 з поверхнею т / o по зовнішньому діаметру внутрішньої труби (без ребер).
Технологічна характеристика т/оТТР7-2:
діаметр внутрішніх труб 48 х 4 мм.
діаметр зовнішніх труб 89 х 5 мм.
допустима максимальна температура в трубному просторі - не більше 723 К.
допустима максимальна температура в міжтрубному просторі - не понад 473 К.
Враховуючи допущені температури потоків, направимо по внутрішніх трубах дистилят дизельне паливо, а по межтрубном просторі - нафту.
2.5 Фізичні параметри теплоносіїв при їх середніх температурах
Дистилят дизельного палива:
Т ср.1 =
де Т-початкова і кінцева температури дистиляту дизельного палива.
Т ср.1 = 538 + 433 = 486 К.
Коефіцієнт теплопровідності:
λ ср.1 =
λ ср.1 =
Теплоємність:
C ср.1 = · (0,762 + 0,0034 · Т ср.1)
C ср.1 =
Відносна щільність:
Визначаємо кінематичну в'язкість для дистиляту дизельного палива:
lg
де n 1, n 2 - кінематична в'язкість дистиляту дизельного палива при Т 1 = 293 і Т 2 = 323 К відповідно.
V 1 = V 293 = 1,05 · 10 -6 м 2 / c
V 2 = V 323 = 1 · 10 -6 м 2 / c
T 1 = 293 K
T 2 = 323 K
n =
n =
Тоді кінематична в'язкість для дистиляту дизельного палива при
Т ср.1 визначається з рівняння:
V тср.1 = 1,05 · 10 -6 = 1,05 · 10 -6 = 0,92 · 10 -6 м 2 / с
antilog (0,05 lg 486 - 273) antilog 0,05 lg 10,6 293 - 273
Нафта:
Середня температура:
Т ср.2 =
2
Т ср.2 = 393 + 413 = 403 K.
2
Розрахунки фізичних параметрів для нафти:
λ ср.2 =
λ ср.2 =
Визначаємо теплоємність:
1
C ср.2 = (0,762 + 0,0034 · Т ср.2).
C ср.2 =
Визначаємо відносну щільність:
Визначаємо кінематичну в'язкість для нафти:
n 2 =
n 2 =
2.6 Коефіцієнт тепловіддачі від дизельного палива
2.6.1 Коефіцієнт тепловіддачі α 1 від дістллята дизельного палива до внутрішньої поверхні малої труби
Швидкість потоку дизельного палива (в м / c):
W 1 =
де f 1 - площа поперечного перерізу всіх труб в одному ходу апарату.
W1 =
f t =
де d в - внутрішній діаметр внутрішньої труби;
N 1 - кількість труб в одному ходу.
f t = 0,785 · 0,04 2 · 7 = 0,0088 м 2
Визначаємо критерій Рейнольдса:
Re cp.1 =
Re cp.1 =
Для турбулентного режиму:
α 1 = 0,021 ·
Визначаємо критерій Прандтля:
Pr cp.1 =
Pr cp.1 =
Попередній розрахунок показує, що ставлення
Визначаємо α 1. (Вт / м 2 · К):
2.6.2 Коефіцієнт тепловіддачі α 2 від гладкої зовнішньої поверхні малої труби до нафти
Нафта рухається в міжтрубному просторі кільцевого перерізу, площею в (м 2) якого для одного ходу визначається:
де
Швидкість потоку нафти:
Еквівалентний діаметр кільцевого перерізу:
Критерій Рейнольдса:
Re cp.2 =
Re cp.2 =
Визначаємо критерій Прандтля:
Pr cp.2 =
Pr cp.2 =
Приймаються за викладеними вище міркувань значення співмножники:
α 2 = 0,021 ·
2.6.3 Коефіцієнт
Розрахунок
де
h - висота ребер
β - характеристика ефективності прямих поздовжніх ребер
S - крок по колу труби.
Для прийнятих оребрених труб:
h = 0,013 м
δ = 0б001 м
Приймаються β = 0,348
Крок ребер по окружності труби:
де n = 20 - число прямих поздовжніх ребер.
Коефіцієнт тепловіддачі:
2.7 Коефіцієнт теплопередачі
2.7.1 При відсутності оребрення і чистих поверхонь труб
де d ст - товщина стінки (d ст = 0,004 м);
l ст - теплопровідність стінки (l ст = 46,5 Вт / (м * К)).
K =
2.7.2 При відсутності оребрення і забруднених поверхонь труби
де
2.7.3 При оребрення зовнішньої поверхні внутрішньої труби і відсутність забруднення
Коефіцієнт теплопередачі, віднесений до гладкої поверхні, визначається за формулою:
де F 1 - поверхня теплообміну (по зовнішньому діаметру внутрішньої труби, без ребер);
F 2 - поверхня теплообміну ребристої поверхні.
Коефіцієнт оребріння (при 20 ребрах) φ = 4,3, тому величину ребристої поверхні:
F 2 = φ • F 1
F 2 = 4,3 • 30 = 129 м 2
2.7.4 При оребрення зовнішньої поверхні внутрішньої труби і наявності забруднень, приймаючи ті ж, що і в пункті «в», значення теплових опорів, знаходимо:
2.8 Поверхня теплообміну
Відповідно до завдання, розраховуємо поверхню т / о для двох випадків.
2.8.1 При відсутності оребрення і забруднених поверхнях:
Необхідна кількість здвоєних секцій т / o:
З запасом приймаємо:
2.8.2 При оребрення труб і забруднених поверхнях
Необхідна кількість здвоєних секцій:
З запасом приймаємо:
ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ПРОЕКТУ
1 Кінцева температура дистиляту дизельного палива 433К
2 Температура нафти на виході з теплообмінника 413 К і його теплове навантаження 1165х10 3 кВт
3 Середній температурний напір 75 До
4 Поверхня теплообміну 53 м 2
5 Фізичні параметри при середніх температурах 486 К-дистилят дизельного палива і 403К-нафта
Коефіцієнт теплопровідності 0,123 і 0,126 Вт / (м * К)
Теплоємність 2,64 і 2,30 кДж / (кг * К)
Відносна щільність 834,9 і 859,9
Кінематична в'язкість 0,92 * 10 -6 і 1,82 * 10 -6 м 2 / с
6 Коефіцієнт тепловіддачі від дистиляту дизельного палива до внутрішньої поверхні малої труби 920,09 Вт / м 2 * К
Коефіцієнт тепловіддачі від гладкої зовнішньої поверхні малої труби до нафти 992,7 Вт / м 2 * К
Коефіцієнт тепловіддачі від оребренной зовнішньої поверхні малої труби до нафти 1821,8 Вт / м 2 * К
7 Коефіцієнт теплопередачі:
-За відсутності оребріння та чітсо поверхнях 476,19 Вт / м 2 * К
-За відсутності оребрення і забруднених поверхнях труб 263,16 Вт / м 2 * К
-Прі оребрення зовнішньої поверхні внутрішньої труби і відсутність забруднення 769,2 Вт / м 2 * К
-Прі оребрення зовнішньої поверхні внутрішньої труби і наявності забруднень 417,8 Вт / м 2 * К
8 Поверхня теплообміну
-За відсутності оребріння та забруднених поверхнях 20,2 м 2
Необхідна кількість здвоєних секцій т / о 1
-Прі оребрення труб і забруднених поверхнях 40,6 м 2
Необхідна кількість здвоєних секцій 2
Список використаної літератури
1 Молоканов Ю.К., Скобла А.І., Владимиров А.І., Щелкунов В.А. Процеси та апарати нафтогазопереробки та нафтохімії
2 Молоканов А.К. Технологія первинної переробки нафти і природного газу.
3 Кузнєцов А.А. Нафтопереробна промисловість.
4 Віхман А.Г. Процеси і апарати
5 Баранов Д.А. і Кутєпов А.М. Процеси та апарати.
Визначимо теплову навантаження т / o (кДж / год) і (кВт):
Q 1 = G 1 · (q
Q 1 = 16000 · (618 - 342) · 0,95 = 4195000 кДж / год
Q 1 = 4195000 / 3,6 = 1165000 кВт
2.3 Середній температурний напір
Середній температурний напір ΔТср в т / о визначаємо за формулою Грасгофа, маючи на увазі, що в апараті здійснюється противоток теплоносіїв за схемою:
Дистилят ДТ
(538 К)
Нафта
(413 К)
ΔТmax = 125 ΔTmin = 40
ΔT cp = Δ Тmax - ΔTmin
ΔT cp =
2.4 Вибір т / o
Для того щоб вибрати один з т / о апаратів типу «труба в трубі», слід орієнтовно визначити необхідну поверхню т / о.
Приймемо на підставі практичних даних коефіцієнт теплопередачі в т / о к = 290 Вт / (м 2 · К). Тоді передбачувана поверхню т / о визначається за формулою:
F =
F =
Вибираємо т / o «труба в трубі» ТТР7-2 з поверхнею т / o по зовнішньому діаметру внутрішньої труби (без ребер).
Технологічна характеристика т/оТТР7-2:
діаметр внутрішніх труб 48 х 4 мм.
діаметр зовнішніх труб 89 х 5 мм.
допустима максимальна температура в трубному просторі - не більше 723 К.
допустима максимальна температура в міжтрубному просторі - не понад 473 К.
Враховуючи допущені температури потоків, направимо по внутрішніх трубах дистилят дизельне паливо, а по межтрубном просторі - нафту.
2.5 Фізичні параметри теплоносіїв при їх середніх температурах
Дистилят дизельного палива:
Т ср.1 =
де Т-початкова і кінцева температури дистиляту дизельного палива.
Т ср.1 = 538 + 433 = 486 К.
Коефіцієнт теплопровідності:
λ ср.1 =
λ ср.1 =
Теплоємність:
C ср.1 = · (0,762 + 0,0034 · Т ср.1)
C ср.1 =
Відносна щільність:
Визначаємо кінематичну в'язкість для дистиляту дизельного палива:
lg
де n 1, n 2 - кінематична в'язкість дистиляту дизельного палива при Т 1 = 293 і Т 2 = 323 К відповідно.
V 1 = V 293 = 1,05 · 10 -6 м 2 / c
V 2 = V 323 = 1 · 10 -6 м 2 / c
T 1 = 293 K
T 2 = 323 K
n =
n =
Тоді кінематична в'язкість для дистиляту дизельного палива при
Т ср.1 визначається з рівняння:
V тср.1 = 1,05 · 10 -6 = 1,05 · 10 -6 = 0,92 · 10 -6 м 2 / с
antilog (0,05 lg 486 - 273) antilog 0,05 lg 10,6 293 - 273
Нафта:
Середня температура:
Т ср.2 =
2
Т ср.2 = 393 + 413 = 403 K.
2
Розрахунки фізичних параметрів для нафти:
λ ср.2 =
λ ср.2 =
Визначаємо теплоємність:
1
C ср.2 = (0,762 + 0,0034 · Т ср.2).
C ср.2 =
Визначаємо відносну щільність:
Визначаємо кінематичну в'язкість для нафти:
n 2 =
n 2 =
2.6 Коефіцієнт тепловіддачі від дизельного палива
2.6.1 Коефіцієнт тепловіддачі α 1 від дістллята дизельного палива до внутрішньої поверхні малої труби
Швидкість потоку дизельного палива (в м / c):
W 1 =
де f 1 - площа поперечного перерізу всіх труб в одному ходу апарату.
W1 =
f t =
де d в - внутрішній діаметр внутрішньої труби;
N 1 - кількість труб в одному ходу.
f t = 0,785 · 0,04 2 · 7 = 0,0088 м 2
Визначаємо критерій Рейнольдса:
Re cp.1 =
Re cp.1 =
Для турбулентного режиму:
α 1 = 0,021 ·
Визначаємо критерій Прандтля:
Pr cp.1 =
Pr cp.1 =
Попередній розрахунок показує, що ставлення
Визначаємо α 1. (Вт / м 2 · К):
2.6.2 Коефіцієнт тепловіддачі α 2 від гладкої зовнішньої поверхні малої труби до нафти
Нафта рухається в міжтрубному просторі кільцевого перерізу, площею в (м 2) якого для одного ходу визначається:
де
Швидкість потоку нафти:
Еквівалентний діаметр кільцевого перерізу:
Критерій Рейнольдса:
Re cp.2 =
Re cp.2 =
Визначаємо критерій Прандтля:
Pr cp.2 =
Pr cp.2 =
Приймаються за викладеними вище міркувань значення співмножники:
α 2 = 0,021 ·
2.6.3 Коефіцієнт
Розрахунок
де
h - висота ребер
β - характеристика ефективності прямих поздовжніх ребер
S - крок по колу труби.
Для прийнятих оребрених труб:
h = 0,013 м
δ = 0б001 м
Приймаються β = 0,348
Крок ребер по окружності труби:
де n = 20 - число прямих поздовжніх ребер.
Коефіцієнт тепловіддачі:
2.7 Коефіцієнт теплопередачі
2.7.1 При відсутності оребрення і чистих поверхонь труб
де d ст - товщина стінки (d ст = 0,004 м);
l ст - теплопровідність стінки (l ст = 46,5 Вт / (м * К)).
K =
2.7.2 При відсутності оребрення і забруднених поверхонь труби
де
2.7.3 При оребрення зовнішньої поверхні внутрішньої труби і відсутність забруднення
Коефіцієнт теплопередачі, віднесений до гладкої поверхні, визначається за формулою:
де F 1 - поверхня теплообміну (по зовнішньому діаметру внутрішньої труби, без ребер);
F 2 - поверхня теплообміну ребристої поверхні.
Коефіцієнт оребріння (при 20 ребрах) φ = 4,3, тому величину ребристої поверхні:
F 2 = φ • F 1
F 2 = 4,3 • 30 = 129 м 2
2.7.4 При оребрення зовнішньої поверхні внутрішньої труби і наявності забруднень, приймаючи ті ж, що і в пункті «в», значення теплових опорів, знаходимо:
2.8 Поверхня теплообміну
Відповідно до завдання, розраховуємо поверхню т / о для двох випадків.
2.8.1 При відсутності оребрення і забруднених поверхнях:
Необхідна кількість здвоєних секцій т / o:
З запасом приймаємо:
2.8.2 При оребрення труб і забруднених поверхнях
Необхідна кількість здвоєних секцій:
З запасом приймаємо:
ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ПРОЕКТУ
1 Кінцева температура дистиляту дизельного палива 433К
2 Температура нафти на виході з теплообмінника 413 К і його теплове навантаження 1165х10 3 кВт
3 Середній температурний напір 75 До
4 Поверхня теплообміну 53 м 2
5 Фізичні параметри при середніх температурах 486 К-дистилят дизельного палива і 403К-нафта
Коефіцієнт теплопровідності 0,123 і 0,126 Вт / (м * К)
Теплоємність 2,64 і 2,30 кДж / (кг * К)
Відносна щільність 834,9 і 859,9
Кінематична в'язкість 0,92 * 10 -6 і 1,82 * 10 -6 м 2 / с
6 Коефіцієнт тепловіддачі від дистиляту дизельного палива до внутрішньої поверхні малої труби 920,09 Вт / м 2 * К
Коефіцієнт тепловіддачі від гладкої зовнішньої поверхні малої труби до нафти 992,7 Вт / м 2 * К
Коефіцієнт тепловіддачі від оребренной зовнішньої поверхні малої труби до нафти 1821,8 Вт / м 2 * К
7 Коефіцієнт теплопередачі:
-За відсутності оребріння та чітсо поверхнях 476,19 Вт / м 2 * К
-За відсутності оребрення і забруднених поверхнях труб 263,16 Вт / м 2 * К
-Прі оребрення зовнішньої поверхні внутрішньої труби і відсутність забруднення 769,2 Вт / м 2 * К
-Прі оребрення зовнішньої поверхні внутрішньої труби і наявності забруднень 417,8 Вт / м 2 * К
8 Поверхня теплообміну
-За відсутності оребріння та забруднених поверхнях 20,2 м 2
Необхідна кількість здвоєних секцій т / о 1
-Прі оребрення труб і забруднених поверхнях 40,6 м 2
Необхідна кількість здвоєних секцій 2
Список використаної літератури
1 Молоканов Ю.К., Скобла А.І., Владимиров А.І., Щелкунов В.А. Процеси та апарати нафтогазопереробки та нафтохімії
2 Молоканов А.К. Технологія первинної переробки нафти і природного газу.
3 Кузнєцов А.А. Нафтопереробна промисловість.
4 Віхман А.Г. Процеси і апарати
5 Баранов Д.А. і Кутєпов А.М. Процеси та апарати.