Расчет теплообменника поз. 235 на новые условия работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПАО «Омский каучук»

Проектно-конструкторский отдел

ПАО «Омский каучук»

Е-1-9-10

Расчет теплообменника поз. 235 на новые условия работы

Начальник ПКОВ.И. Лямкин

ГИП Т.В. Курдяева

Омск-2020

Содержание

Исходные данные

Температурная схема процесса

Расчет теплообменника

Вывод

Используемая литература

Таблица регистрации изменений

Исходные данные

Расчет выполнен на основании задания № 21264 утвержденного техническим директором и протокола от 22.04.2019.

Холодильник поз. 46/2 предназначен для охлаждения углеводородной шихты (70% - бутадиена, 30% - альфа-метилстирола) при максимальной нагрузке 24 т/ч. В связи с физическим износом и снижением объёмов производства, рассмотрим возможность замены холодильника на теплообменный аппарат поз. 235.

Расчет будем проводить на следующие параметры: углеводородная шихта входит в трубное пространство с температурой = 37 - 40 єС, на выходе = 10 - 15 єС. Для охлаждения шихты в межтрубное пространство теплообменника подается рассол с температурой на входе = (-)7 - (-)11 єС, на выходе = (-)3 - (-)5 єС. Расход шихты - 22 т/ч (6,12 кг/c), расход рассола - 60 м³/ч (21 кг/с) (по данным цеха).

Габаритные размеры теплообменного оборудования представлены в табл.1

табл.1

Позиция теплообменного аппарата Параметр	46/2	235
Материал изготовления	Ст3	Ст3сп5
Расположение аппарата	горизонтальное	горизонтальное
Площадь поверхности теплообмена, м2	38	24
Диаметр, мм	600	400
Количество ходов	1	1
Количество труб 25х2, шт.	244	104
Длина труб, мм	2000	3000

1) Холодный теплоноситель - рассол:

- массовый расход (по данным цеха) - 60 м³/ч (21 кг/с),

- начальная температура: єС,

- конечная температура: єС;

- динамический коэффициент вязкости рассола, при єС (см. раздел 2),

[ 1, с. 528, табл. L]

- плотность рассола при єС,

[ 1, с. 528, табл. L]

- теплоемкость рассола при єС,

[ 1, с. 528, табл. L]

- коэффициент теплопроводности рассола,

[ 1, с. 528, табл. L]

2) Горячий теплоноситель - углеводородная шихта (70% - бутадиена, 30% - альфа-метил стирола):

- массовый расход (по цеховым данным) - 22 т/ч (6,12 кг/c),

- начальная температура: єС,

- конечная температура: єС,

- динамический коэффициент вязкости шихты, при єС (данные взяты из расчетной программы),

- плотность шихты при єС,

- теплоемкость шихты при єС,

- коэффициент теплопроводности шихты при єС,

3) - коэффициент теплопроводности для стали :

[ 1, с. 512, табл. ХХVIII]

Температурная схема процесса

40 єС 10 єС - шихта;

-3 єС -7 єС - рассол;

Средняя разность температур при противотоке:

где: и - большая и меньшая разности температур на концах теплообменника

єС

єС

тогда:

єС ; [ 1, с. 166]

Средняя температура рассола:

[ 1 , с. 167]

где: - начальная температура рассола;

- конечная температура рассола;

єС

Средняя температура шихты:

єС; [ 1 , с. 167]

где: - рассола;

- средняя разность температур;

Расчет теплообменника

Тепловая нагрузка:

[ 1 , с. 212]

где: - удельная теплоемкость шихты, при средней температуре 23,3 єС;

- начальная температура шихты;

- конечная температура шихты;

- массовый расход шихты кг/c;

Тогда:

Ориентировочно определяем величину площади поверхности теплообмена.

По [1, с.169, табл.4.8] значение коэффициента теплопередачи для случая «от жидкости к жидкости (углеводороды)», , тогда:

[ 1 , с. 169]

где: Q - тепловой поток (расход передаваемой теплоты);

- средняя разность температур;

Уточняем коэффициент теплопередачи, для более точного определения площади поверхности. Находим скорость потока углеводородной шихты :

[ 1 , с. 187]

где: - массовый расход шихты кг/c;

- плотность шихты , при єС; [ расч. прогр.]

- внутренний диаметр трубок;

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи шихты:

[ 1, с. 148]

где: - коэффициент теплопроводности шихты при єС;

[ расч. прогр.]

- внутренний диаметр трубок;

Находим критерий Рейнольдса для шихты:

; [ 1, стр. 148]

где: - динамический коэффициент вязкости шихты при 23,3 єС,

[ расч. прогр.]

- внутренний диаметр трубок;

- плотность шихты при єС, [ расч. прогр.]

Рассчитаем критерий Прандтля для шихты:

; [ 1, с. 148]

где: - коэффициент теплопроводности шихты при єС;

[ расч. прогр.]

- удельная теплоемкость шихты, при єС;

[ расч. прогр.]

- коэффициент вязкости шихты, при єС;

[ расч. прогр.]

Расчетная формула критерия Нуссельта для шихты:

; [ 1, с. 150]

где: - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы к ее диаметру;

= 1 ( т.к режим турбулентный);

= 0,93 для охлаждающихся жидкостей.

Тогда критериий Нуссельта:

Находим коэффициент теплоотдачи для углеводородной шихты:

[ 1, с. 213]

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи рассола:

[ 1, с. 148]

где: - коэффициент теплопроводности рассола при -5 єС;

[ 1, с. 528, табл. L]

- наружный диаметр трубок;

Рассмотрим теплоотдачу при движении жидкости в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника.

Расчетная скорость потока:

; [ 1, с. 155]

где: - площадь проходного сечения в вырезе перегородки;

= 0,02 [ 5 , с.20]

Объемный расход охлаждающей жидкости:

[ 3 , с.12]

где: - плотность рассола при -5 єС;

Тогда скорость потока рассола:

Находим критерий Рейнольдса:

; [ 1, стр. 148]

где: - динамический коэффициент вязкости рассола при -5 єС,

[ 1, с. 528, табл. L]

- наружный диаметр труб;

- плотность рассола при -5 єС

[ 1, с. 528, табл. L]

Критерий Прандтля для рассола:

; [ 1, стр. 148]

где: - удельная теплоемкость рассола при -5 єС;

[ 1, с. 528, табл. L]

- коэффициент теплопроводности рассола при -5 єС;

[ 1, с. 528, табл. L]

- динамический коэффициент вязкости рассола при -5 єС,

[ 1, с. 528, табл. L]

Рассчитаем критерий Нуссельта для рассола:

; [ 1, стр. 154]

где: , коэффициент, учитывающий угол атаки;

Принимаем: (для нагревающихся жидкостей);

Тогда:

Коэффициент теплоотдачи рассола:

Вт/м²•К;

Определим суммарное термическое сопротивление стенки и загрязнений с двух сторон стальной стенки:

Принимаем тепловую проводимость загрязнений стенок: [ 1, с. 514, табл. ХХХI]

- со стороны рассола;

- со стороны углеводородной шихты;

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений:

[ 1, с. 191]

где: - коэффициент теплопроводности стали;

[ 1, с. 512, табл. ХХVIII]

Рассчитаем суммарный коэффициент теплопередачи:

[ 1, с. 165]

где: - коэффициент теплоотдачи рассола Вт/м²•К,

- коэффициент теплоотдачи шихты Вт/м²•К,

Рассчитаем поверхность теплообмена:

[ 1, с. 165]

где: Q -тепловой поток,

Q = 348840 Вт,

k - коэффициент теплопередачи;

k = 295

- средняя разность температур теплоносителей;

= 28,3 єС

м²

В связи со снижением объёмов производства, рассчитаем поверхность теплообмена для охлаждения углеводородной шихты, если расход будет 10т/ч ( 2,8 кг/c).

Тогда, тепловая нагрузка:

[ 1 , с. 212]

где: - удельная теплоемкость шихты, при средней температуре 23,3 єС;

- начальная температура шихты;

- конечная температура шихты;

- массовый расход шихты кг/c;

Тогда:

Ориентировочно определяем величину площади поверхности теплообмена.

По [1, с.169, табл.4.8] значение коэффициента теплопередачи для случая «от жидкости к жидкости (углеводороды)», , тогда:

[ 1 , с. 169]

где: Q - тепловой поток (расход передаваемой теплоты);

- средняя разность температур;

Уточняем коэффициент теплопередачи, для более точного определения площади поверхности. Находим скорость потока углеводородной шихты :

[ 1 , с. 187]

где: - массовый расход шихты кг/c;

- плотность шихты , при єС; [ расч. прогр.]

- внутренний диаметр трубок;

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи шихты:

[ 1, с. 148]

где: - коэффициент теплопроводности шихты при єС;

[ расч. прогр.]

- внутренний диаметр трубок;

Находим критерий Рейнольдса для шихты:

; [ 1, стр. 148]

где: - динамический коэффициент вязкости шихты при 23,3 єС,

[ расч. прогр.]

- внутренний диаметр трубок;

- плотность шихты при єС, [расч. прогр.]

Рассчитаем критерий Прандтля для шихты:

; [ 1, с. 148]

где: - коэффициент теплопроводности шихты при єС;

[расч. прогр.]

- удельная теплоемкость шихты, при єС;

[расч. прогр.]

- коэффициент вязкости шихты, при єС;

[расч. прогр.]

Расчетная формула критерия Нуссельта для шихты:

; [ 1, с. 150 ]

где: - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы к ее диаметру;

= 1 ( т.к режим турбулентный);

= 0,93 для охлаждающихся жидкостей.

Тогда критериий Нуссельта:

Находим коэффициент теплоотдачи для углеводородной шихты:

[ 1, с. 213]

Коэффициент теплоотдачи для рассола и суммарное термическое сопротивление стенки остается как в первой части расчета, поскольку исходные данные не изменились

Рассчитаем суммарный коэффициент теплопередачи:

шихта углеводородный охлаждение теплопередача

[ 1, с. 165]

где: - коэффициент теплоотдачи рассола Вт/м²•К,

- коэффициент теплоотдачи шихты Вт/м²•К,

Рассчитаем поверхность теплообмена:

[ 1, с. 165]

где: Q -тепловой поток,

Q = 159600 Вт,

k - коэффициент теплопередачи;

k = 180

- средняя разность температур теплоносителей;

= 28,3 єС

м²

Вывод

Для охлаждения углеводородной шихты от колонн позиции 156/1,2 при работе на полную нагрузку (24 т/ч) и при пониженной нагрузке (10 т/ч) нельзя использовать теплообменный аппарат поз. 235, поскольку его поверхности теплообмена недостаточно.

Рекомендуется использовать холодильник с большим диаметром и большим количеством труб.

Список литературы

1) Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 9-изд., пер. и доп. Л., Химия, 1981.

2) Петухов Б.Ф., Шиков В.К. Справочник по теплообменникам, том I, М., Энергоиздат, 1987.

3) Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. 2-изд., пер. и доп. М.,Государственное научно-техническое издание химической литературы, 1962.

4) Романков П.Г., Курочкина М.И. Примеры и задачи по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности. Учеб. пособие для техникумов, Л., Химия, 1984.

5) ГОСТ 27601-88 «Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе».

Таблица регистрации изменений

Изм.	Номера листов (страниц)	Всего листов (страниц) в док.	Номер док.	Подп.	Дата
	Изме-ненных	Заме-ненных	Новых	Аннули-рованных

Размещено на Allbest.ru