Файл: Курсовой проект по дисциплине Технологическое оборудование.docx

Рисунок 1.6 – Схема разработанного кожухотрубного теплообменника

---

2 Технологический раздел

2.1 Описание технологической схемы и оборудования блока

Сырье подается для нагрева продуктами реакции в теплообменник Т-2.

Гидрогенизат отдает свое тепло в ребойлере Т-3 для нагрева низа колонны К-1, и направляется для охлаждения в воздушный холодильник АВО-101/1,2 далее в сепаратор С-102, где происходит отделение ВСГ от гидрогенизата. ВСГ возвращается, в систему циркуляции, а нестабильный гидрогенизат направляется в стабилизационную колонну К-1. Часть ВСГ, смешиваясь с ВСГ риформинга, поступает на прием циркуляционного компрессора, а затем в тройник смешения с сырьем перед входом в теплообменник Т-2.

Гидрогенизат из сепаратора С-102, пройдя теплообменник Т-2, поступает в среднюю часть колонны К, на верх которой подается орошение из газосепаратора. Сверху колонны К-1 удаляется легкая часть сырья вместе с летучими продуктами реакции, которая, пройдя воздущный конденсатор-холодильник АВО-101/1,2 собирается в газосепараторе, из верхней части которого сухой газ сбрасывается на факел, а вода из нижней части по мере ее накопления - в закрытую канализационную систему. Стабильный гидрогенизат с низа колонны К-1 через ребойлер Т-3 поступает в систему каталитического риформинга.

Технологическая схема узла с колонной представлена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 – Технологическая схема узла с колонной

3 Проектировочный расчет теплообменного аппарата

3.1 Обоснование и выбор исходных данных для расчета теплообменного аппарата
При проектировочном расчете определяется тип теплообменного аппарата и его выбор по каталогу. Чтобы произвести расчет требуются исходные данные.

В качестве исходных данных служат сведения о потоках в трубном и межтрубном пространствах, которые представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета теплообменника

Трубное пространство					Межтрубное пространство
tвх1, С	tвых1, С	G1, кг/с	Среда	tвх2, С		tвых2, С	G2, кг/с	Среда
136	186	25	гидрогенизат	280		195	14,54	гидрогенизат

---

Исходными данными для расчета теплообменного аппарата являются температуры теплоносителей и их расходы, причем достаточно знать расход только одного теплоносителя, а второй определится на основании уравнения теплового баланса (3.1):

(3.1)

где Q₁ – количество тепла, переданное горячим теплоносителем, Дж;

Q₂ – количество тепла, полученное холодным теплоносителем, Дж;

η –коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.
136 ^оС гидрогенизат 186 ^оС





195 ^оС гидрогенизат 280 ^оС
Физико-химические характеристики для амина при средних температурах, которые определяются следующим образом

, (3.2)

где Δt_б и Δt_м – соответственно большая и меньшая разность температур между горячим и холодным теплоносителями в процессе теплообмена, С, а если отношение

 2, то с достаточной для практики точностью, Δt_ср можно определить, как среднеарифметическую величину, т.е. принять

. (3.3)

Подставив, получаем следующие значения

Δt_б =280 - 186 =94С,

Δt_м =195- 136=59 С,

- для межтрубного пространства

Т_ср=(136+186)/2=161 С,

- для трубного пространства

Т_ср=(280+195)/2=237С.

Таким образом



следовательно, делаем расчет по 3.3

С.

По средним температурам определяем физико-химические свойства сред с учетом расчетного давления и сводим в таблицу 3.2.

Распишем уравнение (3.1)

. (3.4)

Подставляем исходные данные и определяем неизвестное значение

;

кг/с.

Вносим полученное значение в таблицу 3.2.

---

Физико-химические свойства сред рассчитаны и приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Физико-химические характеристики сред при средней температуре

Параметр	(трубное пространство)	(межтрубное пространство)
Фазовое состояние	Жидкость	Жидкость
Средняя температура, С	161	237
Рабочее давление, МПа	2	1,4
Плотность, ρ кг/м3.	675,6	650,5
Вязкость динамическая, μ Па·с	0,28·10-3	0,26·10-3
Вязкость кинематическая, ν м2/с.	0,41·10-6	0.39·10-6
Удельная теплоемкость, Ср Дж/(кг·К).	4320	4150
Коэффициент теплопроводности, λ Вт/(м·К).	0,13	0,16

3.2 Определение поверхности нагрева и предварительный выбор типа теплообменного аппарата по каталогу
Данный теплообменник служит для подогрева сырья в колонну Е-404.

Поверхность теплообменника определяется по формуле

, (3.5)

где К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

Q_конд – количество передаваемого тепла, Вт.

Для предварительного выбора теплообменника принимаем К= 250 Вт/м²∙К.

Количество тепла, выделенное теплоносителем, должно быть равно количеству тепла, полученному теплым теплоносителем, т.е.

Q₁=Q₂. (3.6)

Но так как мы не можем получить идеальную систему без потерь, как тепловых (расход тепла в атмосферу), так и утечек, то величины тепловых потоков различаются на значение коэффициента полезного действия (КПД), его принимают равным η = 0,95. Поэтому (2.6) примет вид

Q₂=η∙Q₁. (3.7)

Тепловой поток в аппарате вычисляется по формуле

Q₁=G₁∙C_p1∙Δt, (3.8)

где G₁ = 25 кг/с – расход теплоносителя;

---

С_{р 1}= 4320 Дж/( кг∙°С) - удельная теплоемкость;

Δt – разность температур на входе и выходе в трубном пространстве, определяется по (3.9), °С

Δt=t_вых–t_вх. (3.9)

Величины температурных перепадов на концах аппарата Δt_б и Δt_м:

Δt_б =94 °C;

Δt_м =59 °C;

Δt_ср =76,5°C.

Тепловой поток по (2.8) равен

Q₁=25∙4320∙(186-136)= 5400000 Вт.

Площадь поверхности теплообмена аппарата рассчитывается по (2.5)

м².

Произведем выбор теплообменника по каталогу.

Основными исходными данными при выборе аппарата является поверхность теплообмена, равная 271,5 м², температуры теплоносителей на входе и выходе в трубное и межтрубное пространство, а также наименование теплообменивающихся сред.

По рабочему давлению и максимальной температуре определим условное давление P_{у мтр} =2,5 МПа и P_{у тр} =2,5 МПа.

В данном случае рассматриваем кожухотрубчатые теплообменные аппараты. Учитывая, что средний перепад температур на концах теплообменного аппарата 76,5°С – выбираем теплообменный аппарат с U- образными трубками.

Данным условиям соответствует теплообменник типа ТУ с поверхностью теплообмена 274,5 м².

Теплообменный аппарат типа ТУ имеет следующие размеры:

- D_в = 800 мм – внутренний диаметр кожуха;

- d_н × S_тр= 20 × 2 мм – наружный диаметр и толщина стенок трубок;

- l_т = 6000 мм – длина трубок;

- поверхность теплообмена при длине прямого участка труб F=274,5 м²;

- площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,0703 м²;

- площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,088 м².

Условное обозначение:

800ТУ-2,5-М1/20Г-2-6-У-И по ТУ 3612-023-00220302-01.
3.3 Уточненный расчет поверхности теплообмена и окончательный
выбор типа теплообменного аппарата
При уточненном расчете определяется общий коэффициент теплопередачи К, который определяется по следующему выражению
, (3.10)

где α_тр и α_мтр– коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях трубок;

S_ст и λ_ст – толщина стенки и теплопроводность материала. В расчетах принимаем

---