Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет»

Колледж химико-технологический

Факультета биомедицинских и пищевых технологий и систем

ПензГТУ

Курсовая работа

по дисциплине: «Процессы и аппараты»

на тему: «Расчет и подбор аппарата воздушного охлаждения»

Студента Сизовой Ксении Олеговны

Обучающегося в группе 10/2н

по специальности: 240404.51

«Переработка нефти и газа»

Пенза, 2013



Задание

на курсовую работу по дисциплине:

«Процессы и аппараты»

Студенту: Сизова Ксения Олеговна

обучающемуся в группе 10/2н

по специальности: 240404.51 « Переработка нефти и газа»

на тему: «Расчет и подбор аппарата воздушного охлаждения»

1. Исходные данные: подобрать стандартизированный аппарат воздушного охлаждения типа АВГ для охлаждения дистиллята дизельного топлива, исходя из следующих данных:

Расход дистиллята G=120000 кг/ч;

Начальная температура tн=130 ?С;

Конечная температура tк=60 ?С;

Относительная плотность ?420=0,890 кг/м3;

Кинематическая вязкость v20=5,4; v50=2,5 мм2/с.



Введение

КПД системы на R507 может быть выше или ниже КПД системы на R502 в зависимости от вида системы, тогда как КПД системы на R404A всегда ниже, чем при использовании R507 или R502. Это было выяснено в ходе испытаний различных хладагентов для промышленной холодильной установки, в которой ранее использовался хладагент R22. Смесь R507 еще более эффективна по сравнению с R502, когда перед поступлением в регулирующий вентиль жидкий хладагент переохлаждается.

Использование R507 повышает надежность работы компрессора, поскольку температура нагнетания в этом случае на 1-2°C ниже, чем для R404A, на 11-12°C ниже, чем для R502 и еще более низкая - для R22. Применение R507 также позволяет снизить коэффициент давления на 2% по сравнению с R404A. Это, наряду с более высоким КПД теплообменников (в особенности конденсаторов), дает возможность оптимизировать требования к расходу электроэнергии компрессора и улучшает эксплуатационные характеристики.

R507 - азеотропная смесь, ведущая себя как однокомпонентная жидкость, и потому при ее применении, в отличие от R404A, не возникает проблем, связанных с разделением компонентов. Вследствие этого при заправке хладагент R507 может быть как в жидкой, так и в газообразной форме, что позволяет без труда восстанавливать его нехватку после утечки и последующих ремонтных работ.

При этом в системе может использоваться и R507, и R404A, поскольку состав смеси будет по-прежнему соответствовать спецификациям даже после утечки 50% общего количества хладагента. На практике при заправке R507 эффективность системы с течением времени повышается.

В большинстве случаев мы не рекомендуется смешивать хладагенты, но совместное применение R507 и R404A вполне допустимо и не приводит к каким-либо затруднениям, так как составляющие этих двух хладагентов почти идентичны и хорошо совместимы (в смеси R404A присутствует R134a в количестве 4 вес. %). Получившаяся смесь по своим характеристикам мало отличается от исходного хладагента. При замене R404A на R507 давление всасывания и давление нагнетания немного увеличиваются, возрастает и холодопроизводительность (на 1-3% в зависимости от вида используемой системы).

Поэтому применение R507 особенно целесообразно при техническом обслуживании. Кроме того, замена R404A на R507 может быть решением в тех случаях, когда теплообменники эксплуатируются на пределе своих возможностей. Подобная замена позволяет повысить КПД теплообменника и улучшить рабочие характеристики компрессора.

И для R404A, и для R507 требуются синтетические смазочные материалы, например полиэфирные масла. Смазочные материалы для хладагентов ХФУ и ГХФУ, такие как минеральное масло и алкилбензол, не обладают заметной растворимостью в соединениях гидрофторуглерода. Это может повлиять на циркуляцию масла в системе и затруднить его возврат в компрессор.



1. Характеристика оборудования

1.1 Устройство и назначение оборудования

Поверхностный теплообменный аппарат, в котором передача тепла между теплообменивающими средами осуществляется через поверхность, разделяющая эту среду.

Холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения жидкого потока или конденсации и охлаждения паров с использованием специального охлаждающего агента(вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.)Охлаждение и конденсация в этих аппаратах является целевыми процессами, а нагрев охлаждающего агента- побочным. К таким аппаратам относятся холодильники и конденсаторы любой нефтеперерабатывающей установки, предназначенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов.

Широкое распространение в промышленности получили аппараты воздушного охлаждения(АВО), в которых в качестве охлаждающего агента используется поток атмосферного воздуха, нагнетаемый специально установленными вентиляторами.

Рис. 1. Аппарат воздушного охлаждения горизонтального типа АВГ

Использование аппаратов этого типа позволяет осуществить значительную экономию охлаждающей воды, уменьшить количество сточных вод, исключает необходимость очистки наружной поверхности теплообменных труб. Такие аппараты используются в качестве конденсаторов и холодильников.

Сравнительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны потока воздуха, характерный для этих аппаратов, компенсируется значительным оребрением наружной поверхности труб, а также сравнительно высокими скоростями движения потока воздуха.

Аппарат воздушного охлаждения различного типа изготовляется по соответствующим стандартам, в которых предусмотрены большие диапазоны по величине поверхности, степени оребрения и виду конструкционного материала, используемого для изготовления( сталь различных марок, латунь, алюминиевые сплавы, биметалл).

Аппараты воздушного охлаждения горизонтальные АВГ, зигзагообразные АВЗ, (АВО) подразделяются на следующие типы: малопоточные АВМ, для вязких продуктов АВГ-В, для высоковязких продуктов АВГ-ВВ.

На рис.1.1 приведен пример аппарата горизонтального типа, в котором в котором оребренные пучки теплообменных труб расположены горизонтально, а на рис.2-аппараты, где пучки труб расположены в виде шатра и зигзагообразно. Размещение пучков оребренных труб в виде шатра и зигзагообразное позволяет иметь большую поверхность теплообмена при той же занятой площади.



Рис.1.1 Схема горизонтального аппарата воздушного охлаждения: 1 - секция оребренных труб; 2 - вентилятора; 3 - электродвигатель; 4 - коллектор впрыска очищенной воды; 5 - жалюзи

1.2 Технические характеристики оборудования

Для повышения эффективности аппарата в его конструкции предусмотрен коллектор впрыски очищенной воды 4, автоматически включающийся при повышенной температуре окружающей среды в летний период работы. При низких температурах(зимой) можно отключать электродвигатель и вентилятор; при этом конденсация и охлаждение происходят естественной конвекцией.



Рис.1.2 Схемы аппаратов воздушного охлаждения АВЗ: а - шатровый; б - зигзагообразный

Кроме этого интенсивность теплосъема можно регулировать, меняя расход прокачиваемого воздуха изменением угла наклона лопастей вентилятора. Для этого в аппаратах воздушного охлаждения предусмотрены механизм дистанционного поворота лопастей с ручным или пневматическим приводом и жалюзи, установленные над теплообменными секциями. Жалюзийные заслонки можно поворачивать вручную или автоматические с помощью пневмопривода.

В зимнее время возможна опасность переохлаждения конденсируемого в аппарате продукта. Во избежание этого под теплообменными секциями можно устанавливать змеевиковый подогреватель воздуха, выполненный также из оребренных труб.

Теплообменная секция аппарата воздушного охлаждения(рис.3) состоит из четырех, шести или восьми рядов труб 3, размещенных по вершинам равносторонних треугольников в двух трубных решетках 1. Трубы закреплены развальцовкой или развальцовкой со своркой. Секции могут быть одно - и многоходовыми. В многоходовых секциях воздушного охлаждения, где объем охлаждаемой среды уменьшается по мере его движения по трубам, последовательно по ходам уменьшается и число труб. Однако при эксплуатации гайки на шпильках 2, соединяющих решетку с каркасом, должны быть отвинчены на расстояние, превышающее возможное температурное удаление труб.

В трубном пучке каждая может иметь индивидуальный прогиб. Для исключения контакта ребер верхнего ряда труб с ребрами труб нижнего ряда между соседними рядами в нескольких местах по длине трубы помещают дистанционные прокладки 5 шириной около 15 мм из алюминиевой ленты толщиной 2мм.

Рис.1.3 Теплообменная секция АВО

Крышки 6 крепят к трубным решеткам теплообменных секций при высоком давлении неразъемно или на шпильках. Если секция аппарата многоходовая, крышки снабжают перегородками, которые делят трубный пучок на ходы. Съемный крышки обычно выполняют литыми из стали.

вентилятор температура воздух нефтепродукт



Таблица 1.1 - Основные параметры аппаратов типа АВГ [35] (число трубных секций в аппарате )

Число рядов труб в секции	Число ходов по трубам	Коэффициент оребрения	Число труб	Полная погруженная оребренная поверхность аппарата F,	Суммарная площадь наиболее узкого межтрубного сечния
			в секции	В аппарате	Длина труб l,м
					4	8	4	8
4	1,2,4	9	94	282	875	1770	5,35	11,02
		14,6	82	246	1250	2500	5,55	11,40
6	1,2,3,6	9	141	423	1320	2640	5,35	11,02
		14,6	123	369	1870	3800	5,55	11,40
8	1,2,4,8	9	188	564	1740	3500	5,35	11,02
		14,6	164	492	2500	5100	5,55	11,40

Как указано, трубы в аппаратах воздушного охлаждения имеют оребрение по наружной поверхности, поскольку коэффициент теплоотдачи на наружную поверхности труб примерно на порядок меньше коэффициента для внутренней поверхности.

В аппаратах воздушного охлаждения используют вентиляторы с диаметром колеса до 7м.

Колеса вентиляторов изготавливают сварными из алюминия или стеклопласта, диффозор - из листовой стали толщиной 2 мм. Холодильники АВГ с трубами длиной 8 м комплектуют двумя одинаковыми вентиляторами и электродвигателями (по оному вентилятору и двигателю на каждые 4м длины трубы.

Электродвигатели привода могут быть одно- и двухскоростными. При использовании двухскоростных электродвигателей с понижением температуры окружающей среды можно работать при меньшей частоте вращения вентилятора.



Таблица 1.2 - Основные параметры аппаратов типа АВЗ(число трубных секций в аппарате ; длина трубы l=6м).

Число рядов труб в секции	Число ходов по трубам	Коэффициент оребрения	Число труб	Полная погруженная оребренная поверхность аппарата F,	Суммарная площадь наиболее узкого межтрубного сечения ,
			в секции	в аппарате
4	1,2,4,8	9	94	564	2650	15,99
		14,6	82	492	3750	16,19
6	1,2,4,8	9	141	846	4000	15,99
		14,6	123	738	5650	16,19
8	1,2,4,8	9	188	1128	5300	15,99
		14,6	164	984	7500	16,19

Таблица 1.3- Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи [К,Вт\(К)] и теплонапряженности (q,Вт\), отнесенных к полной наружной оребренной поверхности (F,) АВО

Вид охлаждения	К	q, (Вт\)при (К)
		8-15	15-20	20-40	40-75
Охлаждение жидкостей	17-37	До 470	470-700	700-1000	1000-1750
Охлаждение газов	9-30	290-350	350-480	480-700	-
Конденсация нагретых паров хладагентов	14-30	130-230	230-350	350-640	-
Конденсация насыщенных паров	32-42	-	До700	700-870	870-2100
Охлаждение парогазовой смеси с конденсацией одного или нескольких компонентов	21-32	-	400-580	580-750	750-1000

Теплоноситель	r, К/Вт
Воздух	0,0002-0,0004
Дымовые газы	0,0005-0,0007
Хладагенты, рассолы, органические теплоносители	0,0002-0,0004
Вода, нефтяные дистилляты	0,0002-0,0006
Нефть, мазут	0,0005-0,0012
Гудрон, крекинг, остаток	0,002-0,010
Водяной пар	0,0001



2. Расчетная часть

2.1 Предварительный побор АВГ

Примем аппарат с биметаллическими трубами материального исполнения Б-1

2.1.1 Определим начальную и конечную удельную энтальпию h жидкого нефтепродукта по формуле:

где t - температура нефтяной жидкой фракции, ;

- относительная плотность вещества при температуре 15.

В исходных данных дана относительная плотность дистиллята дизельного топлива при стандартных условиях для определения удельной энтальпии необходимо пересчитать относительную плотность вещества по формуле:

Где y - средняя температурная поправка относительной плотности на 1К.

Определяется по формуле М. Кусакова:

Найдем среднюю температурную поправку относительной плотности на 1К по формуле 1.3:

Пересчитаем относительную плотность со стандартных условий на относительную плотности при 15 по формуле2

Найдем удельную энтальпию дистиллята дизельного топлива по формуле 1:

а) начальная удельная энтальпия при температуре 130:

б) конечная удельная энтальпия при температуре 60

2.1.2 Тепловую нагрузку аппарата определим по формуле:

2.1.3 Необходимая наружная оребренная поверхность холодильника ориентировочно составит

Где q - теплонапряженность, Вт/ определяется по таблице 1.3 на основании разности температур , где - температура дистиллята по заданию, - расчетная температура воздуха принимается исходя из пункта установки АВО. Рекомендуемые значения приведены в [3,10].

Для Баку принимаем: расчетную начальную температуру воздуха = 31, атмосферное давление =101,6 кПа

Разность температур = 60-31=29К по таблице 1.3 выбираем значение q1000Вт\.

Подставляя в формулу значение теплонапряжённости, рассчитаем ориентировочную оребренную поверхность холодильника

2.1.4 Подберем аппарат типа АВГ исходя из расчетных данных по таблице 1.1 с полной наружной поверхностью , который состоит из восьмирядных трубных секций с трубами длиной 1=8м; =9, =12 и =21мм. Число труб и секций 188, проходное сечение всех труб одной секции , число возможных ходов продукта в трубной секции 2,4 либо 8. Суммарная площадь наиболее узкого межтрубного сечения аппарата . Данный аппарат снабжен двумя одинаковыми вентиляторами с пропеллером диаметром D=2800мм и углом установки лопастей . Частота вращения колеса . В расчете принято. Для аэродинамическая характеристика вентилятора показана на рисунке 1.

2.2 Проверочный расчет выбранного аппарата

2.2.1 Рабочие параметры вентилятора. На пересечении линии сопротивления АВГ при восьмирядных секциях и кривой аэродинамического напора вентилятора при находим рабочую точку А (рис.1), который соответствуют следующие рабочие параметры ( отнесенные к стандартным условиям): подача =200000/ч, напор

Па, к.п.д

2.2.2 Определяем фактические параметры работы вентилятора. За стандартные условия приняты: , к Па и . Если на входе газа (воздуха) в вентилятор условия отличаются от стандартных, то фактические параметры вентилятора - V, P и определяются из соотношений:

В данном случае , (пункт 2.1.3), а плотность воздуха определим из формулы:



где газа при нормальных условиях (1,293кг/);

T - температура, К.

Давление p и должны быть выражены в одинаковых единицах.

Таким образом, фактическое рабочие параметры вентилятора по формуле 1.6 составляют:

2.3 Расчет конечной температуры воздуха определяется по формуле:

Где - расчетная температура воздуха в Баку,;

Q - тепловая нагрузка аппарата Кдж/ч;

C - средняя удельная теплоемкость сухого воздуха, принимаемая в интервале температур 0 - 1000 равной 1,005 кДж/(кг) ;

g - массовый расход воздуха двумя вентиляторами, кг/ч, определяем по формуле:

Где - плотность воздуха для конкретных условий работы вентилятора.

V - подача воздуха (рабочие параметры вентилятора) /ч.

Видно, что температура находится в рекомендуемых пределах ( 45-60) и в то же врем выполняется условие .



2.4 Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны горячего потока при 140 определяются из критерия подобия Нуссельта

2.4.1 Определим объемный расход продукта при температуре дистиллята 140:

Где G - расход дистиллята (по условию), кг/ч;

- плотность дистиллята при 140 определяется по формуле:

2.4.2 Определим скорость дистиллята на входе в аппарат

Если продукт подается во все три секции АВГ параллельно, а в секциях предусмотрено максимальное число ходов , то скорость продукта на входе в аппарат составит:

В трубном пространстве теплообменных аппаратов при подаче жидких нефтепродуктов насосом обычно принимая скорость потоков с учетом их вязкость равным 0,8-1,5м/с.

2.4.3 Средняя температура продукта в аппарате составит

2.4.4 Определим некоторые физико-химические характеристики нефтепродукта при средней температуре 95

Плотность продукта вычисляем по формуле 1.12

Удельную теплоемкость вычисляем по эмпирической формуле Крега для жидких нефтепродуктов в температурном режиме от 0 до 400:

Эмперическая формула для теплопроводности жидких нефтяных фракций по Крегу имеет вид:

Для расчета кинематической вязкости нефтепродуктов воспользуемся формулой Гросса

где v - кинематическая вязкость при температурах и ;

k - коэффициент, который находят по двум экспериментальным точкам температурной кривой вязкости или пользуясь формулой

2.4.5 Объемный расход потока дистиллята при температуре 100,(формула 1.11)

2.4.6 Скорость дистиллята при температуре 100,(формула 1.13)

2.4.7 Коэффициент теплоотдачи определяем по формуле 1.17:

Критерий Рейнольдса (формула 1.18)

Критерий Прандтля (формула 1.19):

Используем критериальное уравнение 1.17 теплоотдачи при турбулентном режиме:

Коэффициент теплоотдачи:

2.5 Вычисление приведенного коэффициента теплоотдачи со стороны холодного потока (воздуха)

2.5.1 Средняя температура воздуха в пределах аппарата

2.5.2 Среднее давление

2.5.3 Средняя плотность воздуха составит (формула 2.7):

2.5.4. Средняя плотность и объем воздуха составит :

2.5.5 Скорость воздуха в самом узком сечении межтрубного пространства

2.5.6 Коэффициент теплоотдачи находим по формуле 1.18

2.6 Коэффициент теплопередачи

Согласно табл. 1.4 примем . Тогда по формуле 1.19 имеем

Согласно табл. 1.3 при охлаждении жидких продуктов а АВО величина К находится обычно в пределах 17-37 Вт/(

2.7 Средняя разность температур

Во всех типах АВО воздух движется поперек труб, поэтому при малом числе ходов в трубных секциях при определении средней разности температур следует вводить поправку на перекрестных ток (формула 1.20) в случае аппаратов типа АВГ при числе ходов поправка , и расчет ведут по схеме противотока:

Так как , вычисляем среднелогарифмическую разность температура между теплоносителями по формуле:



2.8 Расчет поверхности охлаждения

Потребную расчетную поверхность охлаждения находим по формуле:

Коэффициент запаса для установки АВГ, имеющейся поверхность , составит:

Как видим, принятый аппарат имеет достаточно большой запас поверхности теплопередачи. Корректировку величины коэффициента запаса можно осуществить несколькоми путями: изменением подачи воздуха за счет регулирования угла установки лопастей вентилятора или с помощью жалюзийного устройства.

2.9 Мощность потребляемая двигателем вентилятора АВГ

Примем коэффициенты полезного действия редуктора и электродвигателя . для вентилятора выше было найдено .

Находим мощность потребляемую двигателем одного вентилятора



Список литературы

1. Эмирджанов Р.Т., Лемберанский Р.А. Основы технологических расчетов в нефтепереработке и нефтехимии: Учеб. пособие для вузов.

-М.: Химия, 1989. 192с.

2. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей промышлености: Учеб. Пособие для вузов.

-М.: Химия, 1982. 584с.

3. Рабинович Г.Г. и др. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник. М.: Химия, 1979. 568с.

4. Лемберанский Р.А., Эмирджанов Р.Т., Гусейнов Э.А. Аппараты Воздушного охлаждения Баку: Азинефтехим, 1983. 72с.

5. Эмирджанов Р.Т. Примеры расчетов нефтезаводских процессов и аппаратов. Баку: Азинефтехим, 1983. 72с.

6. Седова Р.Р. Расчет теплообменной аппаратуры. Оборудование нефтегазоперерабатывающего производства. Методическое пособие., Пенза: ПУПГТА, 2012. 160с.

Размещено на Allbest.ur