Властивості кожухотрубчатого теплообмінного апарату

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Введення

1.Технологічний розрахунок

2.Визначення початкової температури нафти

3.Вибір теплообмінника

4.Теплотехнічний розрахунок

5.Гідравлічний розрахунок

6.Опис схеми роботи апарата

7.Схема контролю й регулювання

Висновок

Список літератури

Введення

Процес дистиляції нафти, як і будь-який тепловий процес, реалізується шляхом підведення теплового потоку в ректифікаційну колону й відводу з її відповідної кількості низкопотенціального тепла.

Функцію регенерації тепла гарячих потоків дистилятів, а так само їхньої конденсації, охолодження, додаткового нагрівання й випару виконують на установках АВТ - розгалужена система теплообмінних апаратів різного пристрою.

Кожухотрубчаті теплообмінні апарати є найпоширенішим типом теплообмінників широкого спектра технологічного застосування в нафтопереробній промисловості.

Тому для забезпечення нормального протікання передбаченого технологічного режиму на установці АВТ необхідний правильний підбор теплообмінного апарата.

Метою даного курсового проекту є розрахунок теплообмінного апарата для установки АВТ по заданим початковим даним.

1. Технологічний розрахунок

1. Початкові дані:

Вихід фракцій 230-3500 С на арланску сиру нафту 22%

2. Розрахунок фізико-хімічних властивостей нафти й фракцій:

Розрахунок щільності:

2.2 Розрахунок теплоємність:

Розрахунок коефіцієнта теплопровідності:

Розрахунок в'язкості:

Таким чином, ми розрахував всі необхідні для подальшого розрахунку фізико-хімічні властивості нафти й фракції при середній температурі (tср н величина розрахункова).

2. Визначення початкової температури нафти

(с обліком 5% втрат)

,

тоді середня різниця температур у теплообміннику буде дорівнює:

Визначимо орієнтовно значення площі поверхні теплообміну, думаючи Кор = 250 Вт/м2 К по [1, таб. 4.8], тобто прийнявши його таким же, як і при теплообміні від рідини до рідини (вуглеводні, масла):

З величини = 166,9 треба, що проектований теплообмінник може бути многоходовим. Тому для правильності розрахунку потрібно зробити виправлення для многоходових теплообмінників.

В апаратах із рухом теплоносіїв за інших рівних умов більше чим у випадку прямотока. При складному взаємному русі теплоносіїв приймає проміжні значення, які враховують, уводячи виправлення до середньо логарифмічної різниці температур для противотока.

де

Розрахуємо коефіцієнт по формулі:

тоді уточнимо поверхню теплообміну:

3. Вибір теплообмінника

Вибираємо теплообмінник кожухотрубний, без компенсаційних пристроїв [(tk-t)мах=40] для ТН, ХН, КН, ИН; табл. ХХХ) по необхідній поверхні теплообміну й по передбачуваній кількості труб по 1 табл. 4.12 «Параметри кожухотрубних теплообмінників і холодильників» за ДСТ 15120-79, ДЕРЖСТАНДАРТ 15118-79 і ДЕРЖСТАНДАРТ 15122-79)

До умови F<220 м2 задовольняє (1 табл. 4.12) два варіанти теплообмінників:

Теплообмінник «кожухотрубний» D = 800; d = 25х2; z=1; n = 465

SВ.П. = 6,9х10-2 ; F = 219 ; l = 6 м; Sт.= 16,1х10-2 ; Sм.= 7,9х10-2 ;

2. Теплообмінник «кожухотрубний» D = 800; d = 25х2; z=2; n = 442; SВ.П. = 6,5х10-2 ; F = 208 ; l = 6 м; Sм.= 7,0х10-2 ; Sт.= 7,7х10-2 .

Для забезпечення інтенсивного теплообміну спробуємо підібрати апарат з турбулентним режимом плину теплоносіїв. Нафту направимо в трубний простір, фракцію - у міжтрубний простір, що дозволить уникнути труднощів в експлуатації.

Проведемо теплотехнічний і гідравлічний розрахунки для обраних теплообмінників.

4. Теплотехнічний розрахунок

Варіант 1 Теплообмінник «кожухотрубний» (ДЕРЖСТАНДАРТ 15120-79).

Для визначення значень основних критеріїв подоби, що входять у критериальні рівняння конвективной теплопередачі, будемо використовувати формули відповідному турбулентному режиму плину рідини:

Прохідний перетин міжтрубного простору (межу перегородками ) Sм=7,9 х10-2 , перетину одного ходу трубного простору Sт=16,1х10-2:

а) фракції 230-350 об/с поточної в межтрубном просторі:

об'ємна витрата фракції: ;

швидкість і критерій Рейнольдса для фракції:

критерій Прандля:.

Для вертикального розташування труб приймемо вираження:

;

Коефіцієнт ураховує вплив кута атаки при ?=30 об (1. табл.4.5)

;

Коефіцієнт тепловіддачі для фракції:

;

б)нафти поточної в трубному просторі:

об'ємна витрата нафти: ;

швидкість і критерій Рейнольдса для нафти:

;,

зі значення Re також видно, що нафта в трубах тече турбулентне.

критерій Прандля:

Розрахуємо критерій Нуссельта для турбулентного плину нафти:

;

де приймемо рівному 1, і співвідношення =1 для рідин, що нагріваються, [1, стор.152]з подальшим виправленням.

Коефіцієнт тепловіддачі нафти до стінки:

;

Розрахуємо термічний опір стінки й забруднень [1, таб. XXXI]:

;

;

Коефіцієнт теплопередачі:

;

Розрахункова площа поверхні теплопередачі:

;

запас

Варіант 2. Теплообмінник «кожухотрубний» (ДЕРЖСТАНДАРТ 15120-79)

Розрахунок 2-го варіанти теплообмінника аналогічні попередній:

Прохідний перетин міжтрубного простору (межу перегородками ) Sм=7,0 х10-2 , перетину одного ходу трубного простору Sт=7,7х10-2:

а) фракції 230-350 об З поточної в межтрубном просторі:

об'ємна витрата фракції: ;

швидкість і критерій Рейнольдса для фракції:

критерій Прандля: .

Для вертикального розташування труб приймемо вираження:

;

Коефіцієнт ураховує вплив кута атаки при ?=30 об (1. табл.4.5)

;

Коефіцієнт тепловіддачі для фракції:

;

б)нафти поточної в трубному просторі:

об'ємна витрата нафти: ;

швидкість і критерій Рейнольдса для нафти:

; ,

зі значення Re також видно, що нафта в трубах тече турбулентне.

критерій Прандля:

Розрахуємо критерій Нуссельта для турбулентного плину нафти:

;

де приймемо рівному 1, і співвідношення =1 для рідин, що нагріваються, з подальшим виправленням.

Коефіцієнт тепловіддачі нафти до стінки:

;

Розрахуємо термічний опір стінки й забруднень:

;

;

Коефіцієнт теплопередачі:

;

Розрахункова площа поверхні теплопередачі:

;

запас

Як видно зі значень величини запасу поверхні теплообміну I- варіант теплообмінного апарата має перевага над II-м варіантом.

5. Гідравлічний розрахунок

Розрахунок гідравлічного опору. Зіставимо два обраних варіанти кожухотрубчатих теплообмінників по гідравлічному опорі.

Варіант 1. Швидкість рідини в трубах

;

Коефіцієнт тертя розраховуємо по формулі :

;

;

де - висота виступів шорсткості на поверхні, d - діаметр труби.

Діаметр штуцерів у розподільній камері - трубного простору, - міжтрубного простору [2, с.55].

;

Розрахуємо швидкість у штуцерах по формулі:

У трубному просторі наступні місцеві опори: вхід у камеру й вихід з її, 5 поворотів на 180 градусів, 6 входів у труби й 6 виходів з них. Відповідно до формули [2, форм. 2.35] одержимо:

Розрахуємо гідравлічний опір трубного простору:

Розрахуємо гідравлічний опір міжтрубного простору:

Число рядів труб, омиваних потоком у межтрубном просторі, ; приймемо округляючи в більшу сторону 13. Число сегментних перегородок x = 12 [2, таб. 2.7]

Діаметр штуцерів до кожуха - міжтрубного простору [2, с.55], швидкість потоку в штуцерах:

Швидкість потоку в найбільш вузькому перетині [2, таб. 2.3]

У межтрубном просторі наступні місцеві опори: вхід і вихід рідини через штуцера, 10 поворотів сегменти й 11 опорів трубного пучка при його обтіканні

Розрахуємо гідравлічний опір:

Варіант 2.

Швидкість рідини в трубах:

;

Коефіцієнт тертя розраховуємо по формулі:

;

Діаметр штуцерів у розподільній камері - трубного простору, - міжтрубного простору [2, с.55].

Розрахуємо швидкість у штуцерах по формулі.

У трубному просторі наступні місцеві опори: вхід у камеру й вихід з неї, 3 поворотів на 180 градусів, 4 входів у труби й 4 виходів з них. Відповідно до формули [2, форм. 2.35] розрахуємо гідравлічний опір:

Число рядів труб, омиваних потоком у межтрубном просторі, ; приймемо округляючи в більшу сторону 13. Число сегментних перегородок x = 12 [2, таб. 2.7]

Діаметр штуцерів до кожуха - міжтрубного простору [2, с.55], швидкість потоку в штуцерах:

Швидкість потоку в найбільш вузькому перетині

У межтрубном просторі наступні місцеві опори: вхід і вихід рідини через штуцера, 10 поворотів сегменти й 11 опорів трубного пучка при його обтіканні.

Розрахуємо гідравлічний опір:

Таким чином, I-й варіант має менші значення гідравлічних опорів, а значить більше вигідний чим II-й варіант.

6. Опис схеми роботи установки й апарата

кожухотрубчатий теплообмінник теплопередача нафта

Теплообмінні апарати типу ТН - теплообмінник з нерухливими трубними решітками ставиться за принципом дії до рекуперативних теплообмінників.

Істотним для теплообмінних апаратів даного типу є наявність стінки з теплопровідного матеріалу, що розділяє потоки теплоносіїв. Ця стінка служить поверхнею теплообміну, через яку теплоносії обмінюються теплом.

Апарат типу ТН не має компенсації теплових подовжень. Сира нафта тече по прямих трубках трубного пучка завальцованим у дві трубні решітки, приліплені до твердого кожуха (корпусу) на фланцях разом із кришками. фракція, що нагріває, 230-3500 С тече в міжтрубном просторі між пучками труб тим самим нагріваючи їх.

На цьому заснований принцип роботи теплообмінного апарата.

Сама установка АВТ , у якій використовується даний теплообмінник зображений на схемі.

Принципова схема комбінованої установки електрообессолівання й дистиляції нафти:

1-6 - ректифікаційні колони, атмосферні, отпарні, вакуумні, стабілізаційні й вторинної перегонки бензину; 7-8 - атмосферна й вакуумна трубчасті печі; 9 - електродегидратор; 10 - кип'ятильники; 11 - сепаратори; 12 - конденсатори; 13 - холодильники; 14 - теплообмінники; 15 - насоси; 16 - ежектор; AT, АВТ - атмосферні й атмосферно-вакуумна трубчасті установки; ВтБ - блок вторинної перегонки бензину; ЕЛОУ - блок електрообессолювання; I, II - соотв. сира й отбензиненная нафта; III - мазут; IV - гудрон; V-VIII - бензинові фракції соотв. легка (початок кипіння 85 °С), голівка (кипить при 85 °С), 60-150 °С и 85-150°С; IX - зріджений газ (пропан-бутановая фракція, З 3-З4); Х - гас (150-230°С); XI - зимове дизельне паливо (180-320°С); XII - компонент літнього дизельного палива (240-360°С); XIII-XV - соотв. легкий (270-360°С), середній (325-460°С) і важкий (380-510 °С) вакуумний газойли: XVI - компонент легені газойля; XVII,XVIII - газ низького (З1-C4) і високого (C1-C3) тисків;XIX - деемульгатор; XX - водяна пара; XXI - конденсат; XXII - вода й мінеральні солі.

Нафту подають насосом через блок ЕЛОУ в теплообмінники, де нагрівають до 200-220С, і направляють у колону 1 (діаметр до 4,5 м, тиск 300-400 кПа, 20-25 тарілок), з котрої відбирають зверху в парах (105-115°С) легку бензинову фракцію й углеводородний газ. З ниж. частини цієї колони отбензиненную нафта (230-240 °С) прокачивають через трубчасту піч 7, нагрівають у ній до 350-365 °С (частка парової фази 45-55%) і подають в основну атм. колону 2 (діаметр до 7 м, тиск 120-160 кПа, 40-50 тарілок). З верх. її частини в парах (115-125 °С) відбирають бензин (VI), у вигляді бічних дистилятів через отпарные колони 3 - гас (X), зимове дизельне паливо (XI) і компонент літнього дизельного палива (XII). Суміш сконденсир. пар бензинів з колон 1 і 2 після нагрівання до 80-100 °С надходить у колону стабілізації 5 (діаметр до 2 м, тиск 700-800 кПа, 40 тарілок), де з її зверху (60-70 °С) виділяють легкі вуглеводні в газовій фазі (C1 -- З3) і в зрідженому стані (З3 -З4). Стабільний бензин у колоні 6 (діаметр до 2,8 м, тиск 300 кПа, 30 тарілок) розділяють на легкий головний погон і бензинову фракцію (85-150 °С) для каталитич. риформинга. Залишок (мазут) з ниж. частини колони 2 - фракцію з т-рій 315-330 °З, що кипить вище 350 °С, прокачивают через піч 8, де нагрівають до 400-410 °С (частка парової фази 60-65%), і направляють у вакуумну колону 4 (діаметр до 10 м, тиск у верх. частини 6-8 кПа, 18-14 тарілок). Як бічні дистиляти в ній одержують вакуумні газойли - легкий (XIII), середній (XIV) і важкий (XV) - вихідні продукти в масел або сировина для каталитич. крекінгу (суміш потоків XIV і XV). У цьому случає легкий газойль використовують як компонент дизельних палив у суміші з потоком XII. Тиск у вакуумній колоні знижують ежектором, суміш легенів газів (утворяться в кіл-ве 0,1-0,2% при нагріванні в печі 8 мазуту за рахунок часткового його розкладання) і повітря, через нещільності системи. Пари легенів газойлевих фракцій (70-90°С), що виходять у невеликому кіл-сті з верх. частини колони в суміші з водяною парою, конденсуються до ежектора в апарату 12. У колони 2-4 під нижні тарілки в якості інертного агента подають перегріту водяну пару (соотв. 1,5, 1,0 і 0,8% розраховуючи на сировину). Для створення градієнтів т-р і концентрацій по висоті колон теплоту відводять на верх. тарілках паркої, "гострим" зрошенням - флегмою (колони 1, 2, 5, 6) або непарким, циркуляційним (колона 4). Крім того, у колонах 2 і 4 за допомогою циркуляц. зрошення теплота приділяється на промежут. тарілках.

7. Схема контролю й регулювання

Будь-який технологічний процес у тому числі й процес обміну тепла між фракцією 230-3500 С и сирий нафта, що протікає в кожухотрубчатом теплообмінному апарату має потребу в контролі й регулювання.

Для цього безпосередньо перед теплообмінним апаратом розташовують необхідну арматур (вентилі, засувки), різні вимірювальні прилади (мановакууметри, витратоміри, тепломіри).

Дані із всіх вимірювальних приладів і приводи гідравлічних запірних пристроїв, зводиться в один щит керування або подаються на пульт диспетчерові установки. Звідки можна безпосередньо вести контроль і регулювання різними тридцятимільйонними агрегатами установки, у тому числі й теплообмінному апарату.

Висновок

У даному документі були зроблені матеріальні, теплові, економічні й гідравлічні розрахунки на підставі яких були зроблені висновки. Був обраний найбільш оптимальний теплообмінний апарат. Також у введенні були відбиті основні закони теплообміну й плину рідин.

Список літератури

1.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носків А.А., Приклади й завдання за курсом процесів і апаратів хімічної технологі. - К., 2004

2.Борисов Г.С., Бриков В.П., Дитнерский Ю.І. і інші, Основні процеси й апарати хімічної технології. - К., 2001

3.Довідник хіміка під ред. Никольского. - К., 2003

4.Авербух Я.Д., Заостровський Ф.П., Матусевич Л.Н., Процеси й апарати хімічної технології: курс лекцій. - К., 2006

5.Локотанов Н.С. Процеси й апарати хімічної технології: Методичні вказівки до курсового проектування. - К., 2005

6.Лащинський А.А., Толчинський А.Р., Основи конструювання й розрахунку хімічної апаратури. - К., 2005а

Размещено на Allbest.ru