Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 [ 203 ] 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Иногда с целью увеличения температурного напора со стороны греющего потока искусственно поддерживают повышенное давление и этим повышают температуры t, и fj-

Перейдем к составлению теплового баланса для всего аппарата и для каждой зоны в отдельности. Количество тепла, выделяемого при охлаждении потока G, от температуры (, до и частичной конденсации паров, определяется из уравнения

О, = G, (Н„ - Я-) = G, [Я„ - е,Я, - (l - е, )h

где е, - доля несконденсировавшихся паров на выходе из теплообменного аппарата при температуре fj. Н,, Я, и Л, - соответственно энтальпии

паров и жидкости при температурах и - энтальпия смеси

паровой и жидкой фаз.

Количество тепла, воспринимаемого нагревающимся потоком.

О, = С,(ЯГ; - Л) = G,[e, + (1 - - К

где 62 - доля паров, образовавшихся на выходе из теплообменного аппарата при температуре Я, Л, и Л, - соответственно энтальпии паров и жидкости при температурах 4 и t,.

С учетом потерь тепла общий тепловой баланс выражается следующим уравнением:

О.Л = О2 или

G,[h„ - е,Я, - (1- е,)А]п = Ge, + (I- е)л,, - h,]. (xxii.12)

При расчете теплообменного аппарата обычно известны количества теплообмениваюхцихся потоков G, и G2 и их начальные температуры и 2. В результате расчета должны быть определены конечные температуры (2 и 4 и соответствующие им значения е, и 62. Порядок решения приведенного выше уравнения теплового баланса сводится к следующему. Задаются одной из конечных температур 2 или 4, определяют соответствующие этой температуре и рабочему давлению в теплообменном аппарате значения е, или 62, подставляют их в уравнение теплового баланса (xxii. 12) и определяют из него энтальпию потока соответственно при температуре 4 (если задавались температурой (2):

Hr=e2H,+(l-e2X

или при температуре 2 (если задавались температурой 4):

я;;=е,я,-ь(1-е,)л.

По найденному значению энтальпий Н™ или Я,™ определяют соответствующую температуру 4 или fj- Искомая температура 4 или 2 не может быть найдена однозначно, так как значение энтальпии зависит как от температуры, так и от доли отгона е. В связи с этим подобную задачу удобно решать графическим путем. Для этого задаются двумя или тремя значения-

ми искомой температуры, при этих температурах определяют долю отгона и энтальпию, учитывающую как явное, так и тепло испарения или конденсации при данной доле отгона е.

По полученным значениям строят график энтальпий как функции температуры. Пользуясь найденным ранее значением Я,™, по графику находят искомую температуру (4.

Однако в отдельных случаях, произвольно задавшись температурой fj. в результате подобного расчета можно получить нереальную величину 4, равную или превышающую значение f,.

Это свидетельствует о том, что в данных условиях количество тепла, выделяющегося при охлаждении потока G, от температуры до температуры не может быть воспринято потоком Gj, т.е. температурный потенциал потока G, недостаточен для передачи выделенного количества тепла.

Подобное явление может наблюдаться в следующих случаях:

масса потока G, значительно превосходит массу потока Gj!

теплоты конденсации паров G) существенно превышают скрытые теплоты испарения потока G2,

доля отгона не может достигнуть сравнительно большого значения вследствие повышенного давления, под которым находится поток Gj;

содержание испаряющихся компонентов в потоке мало.

Если в результате расчета получено нереальное значение температуры 4, то необходимо произвести пересчет, задавшись другим значением конечной температуры 2 или 4.

Выбрав таким образом температурный режим для всего теплообменного аппарата, переходят к составлению уравнения теплового баланса для отдельных зон. Для этого прежде всего определяется температура начала однократного испарения нагреваемого потока Gj. В соответствии с уже принятыми обозначениями количество тепла, воспринятого в зоне I, составит

02.=С2К.,-Л,з)

а количество тепла, отдаваемого в этой же зоне охлаждающимся потоком:

о„=с,(яг-я™)=02,/л-

Из последнего уравнения определяется значение Я,™, а затем искомая температура f находится графическим способом, как это было показано выше.

Для зоны II количество тепла, воспринятое нагревающимся потоком и отданное охлаждающимся потоком, найдется соответственно по разности

= О2 - О2,. 0.„ = О. - О., = /Л.

Дальнейший расчет поверхности теплообмена для зон I и II, а следовательно, и для всего аппарата, не представляет трудности, так как количество тепла и температурный напор известны:

Fu =

где К, и К,1 - коэффициенты теплопередачи соответственно для I и II зон; Atp и Atp - средние температурные напоры для этих же зон.

Общая поверхность аппарата F = F, + F,,

Так же, как и в случае конденсаторов-холодильников, при использовании опытных значений коэффициентов теплопередачи для приближенных расчетов поверхности теплообмена может быть применено общее уравнение теплопередачи (XXII.8).

Расчет поверхности кристаллизаторов выполняется по уравнению теплопередачи, но при этом необходимо учесть некоторые особенности, обусловливаемые тем, что в процессе кристаллизации образуются и растут кристаллы твердой фазы (например, кристаллы парафиновых углеводородов в кристаллизаторах процесса депарафинизации масел).

Перечислим эти особенности:

1. При определении количества тепла, отводимого от охлаждаемого продукта или его раствора, должно быть учтено скрытое тепло кристаллизации.

2. При выборе скорости движения охлаждаемого потока следует учитывать, что с увеличением скорости повышается коэффициент теплоотдачи, а следовательно, коэффициент теплопередачи, однако высокая скорость препятствует росту кристаллов или приводит к их измельчению, что является нежелательным.

3. При выборе температуры охлаждающего агента и размеров кристаллизатора необходимо обеспечить благоприятную для кристаллизующегося раствора скорость охлаждения, учитывая, что при высокой скорости охлаждения образуются мелкие кристаллы, отделить которые от раствора на фильтров затруднительно. Оптимальная скорость охлаждения, обеспечивающая благоприятный рост кристаллов и хорошую последующую фильтруемость, зависит от природы раствора; так, например, при охлаждении в растворе кетонов рекомендуется скорость охлаждения, составляющая до 100 °С/ч.

4. При расчете коэффициента теплопередачи должно учитываться тепловое сопротивление слоя кристаллов парафина, отлагающегося на внутренней поверхности стенки кристаллизатора.

ОСОБЕННОСТЬ РАСЧЕТА АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Расчет аппаратов воздушного охлаждения включает определение поверхности охлаждения, обеспечивающей отвод требуемого количества тепла, выбор в соответствии с ГОСТом типового аппарата, наиболее целесообразного для данных условий и изготовляемого машиностроительными заводами, а также определение расхода энергии на привод вентиляторов, нагнетающих воздух вдоль оребренной поверхности аппаратов. Расчет необходимой поверхности выполняется по уравнению теплопередачи

F= °

где О - количество тепла, отводимого от конденсируемого или охлаждаемого продукта; К - коэффициент теплопередачи; Др - средний температурный напор.