Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современные процессы нефтехимии и нефтепереработки протекают в широком интервале температур и давлений. Так, процессы депарафинизации масел проводятся при температуре -60С,а перолиз этана-при 900С. Перегонка тяжелых нефтяных остатков проводится при глубоком вакууме, а полимеризация этилена при давлении 150 МПа.

Развитие технологических процессов идет по пути создания установок большой единичной мощности. В настоящее время эксплуатируются установки первичной переработки нефти (установки АВТ) мощностью более 10 млн т в год, газоперерабатывающие комплексы мощностью 54 млрд кубометров газа. Число аппаратов таких установок довольно велико. Так, установка по производству этилена-пропилена мощностью 400 тыс. т в год (ЭП-400) включает в себя 40 колонн,250 теплообменных аппаратов,50 емкостей, печи, компрессоры, насосы и другое оборудование.

Все технологические процессы протекают в требуемом направлении только при определенных температурах, которые достигаются путем отвода или отвода теплоты. Для реализации этих процессов используются специальные аппараты, называемые теплообменными или просто теплообменниками. Доля теплообменных аппаратов очень значительна и составляет 30-40% от веса всего установленного оборудования.

Процессы теплообмена могут протекать как без изменения агрегатного состояния (нагревание или охлаждение), так и сопровождаться его изменением (конденсация, кипение). Большую часть составляют процессы без изменения агрегатного состояния.

Контрольная работа содержит теоретические основы и практические примеры расчета подогревателей сырья ректификационных колонн горячей водой.

1. Описание технологической схемы

нефтяной теплообмен ректификационный газовый

В процессах теплообмена с целью полезного использования теплоты потоков может использоваться их различная обвязка. Это иллюстрирует схема бинарной ректификации (рис. 3).

Сырье колонны К-1 (смесь бензола и толуола) из емкости ЕС насосом Н-1 подается в подогреватель сырья Т-1,Т-2 или Т-3 (в зависимости от выбранного теплоносителя).

Назначение подогревателя - нагреть сырье до температуры начала кипения. Нагретое сырье поступает в зону питания ректификационной колонны.

В ходе процесса ректификации пар, поднимающийся из куба колонны, многократно контактирует со стекающей с верха жидкостью(флегмой). Контакт происходит на специальных устройствах, называемых тарелками. На тарелку приходят пар и жидкость, причем температура пара на 0.5-2С выше температуры жидкости. В результате этого контакта их температуры выравниваются, при этом часть пара конденсируется, а часть жидкости испаряется, причем из пара конденсируется высококипящий компонент (ВКК-гексан), а из жидкости испаряется низкокипящий (НКК-ацетон).Такой контакт жидкой и паровой фаз протекает в каждой тарелке.

В результате пар, дойдя до верха, обогащается НКК, а жидкость, уходящая с низа,- ВКК.

Уходящие с верха колонны пары НКК конденсируются в теплообменнике Т-5.Образовавшаяся жидкая фаза поступает в рефлюксную емкость РЕ, откуда самотеком поступает на прием насоса Н-2.После насоса Н-2 жидкая фаза делится на 2 потока: один поступает на орошение ректификационной колонны, а второй охлаждается в холодильнике Т-6 и отводится в емкость ЕД-сборник товарного дистиллята. Паровой поток в колонне создается за счет испарения части кубовой жидкости в кипятильнике Т-4.

Второй продукт ректификации - кубовый остаток - охлаждается водой в холодильнике Т-7 и отводится в емкость сбора остатка ЕК.Так как количество отводимой теплоты в холодильнике значительно, с целью его рационального использования можно направить поток кубовой жидкости в рекуперативный теплообменник Т-3 для нагрева сырья. Это позволит, во -первых, снизить расход хладоагента и, во -вторых, уменьшить затраты теплоносителя на нагрев питания.

2. Описание конструкции проектируемого аппарата

Двухходовой горизонтальный теплообменник типа Н (рис. 1.4) состоит из цилиндрического сварного кожуха 8, распределительной камеры 11 и двух крышек 4. Трубный пучок образован трубами 7, закрепленными в двух трубных решетках 3. Трубные решетки приварены к кожуху. Крышки, распределительная камера и кожух соединены фланцами. В кожухе и распределительной камере выполнены штуцера для ввода и вывода теплоносителей из трубного (штуцера 1, 12) и межтрубного (штуцера 2, 10) пространств. Перегородка 13 в распределительной камере образует ходы теплоносителя по трубам. Для герметизации узла соединения продольной перегородки с трубной решеткой использована прокладка 14, уложенная в паз решетки 3.

Поскольку интенсивность теплоотдачи при поперечном обтекании труб теплоносителем выше, чем при продольном, в межтрубном пространстве теплообменника установлены зафиксированные стяжками 5 поперечные перегородки 6, обеспечивающие зигзагообразное по длине аппарата движение теплоносителя в межтрубном пространстве. На входе теплообменной среды в межтрубное пространство предусмотрен отбойник 9 - круглая или прямоугольная пластина, предохраняющая трубы от местного эрозионного изнашивания.

Рис. 1 Двухходовой горизонтальный теплообменник о неподвижными решетками

3. Исходные данные

Хладагент - сырье колонны. Состав:

гексан - 15 %, бензол - 85 %

Рабочее давление 0,17 МПа

Расхода - 34 000 кг/ч

Температура входа - 18 0С

Температуры выхода - температура начала кипения

Теплоноситель - насыщенный водяной пар с начальной температурой на 25 0С и более выше температуры начала кипения сырья колонны

4. Расчет

1. Мольные массы компонентов:

гексан 86,18 кг / кмоль;

бензол 78,11 кг / кмоль.

Мольные доли компонентов находятся по формуле:

;

х1= (15/ 86,18) / (15/ 86,18 + 85 / 78,11) = 0,138

х2= (85 / 78,11) / (15/ 86,18 + 85 / 78,11) = 0,862

Проверка: 0,138 + 0,862 = 1,00

Расчет выполнен верно

2. Определения начальной температуры кипения

Температуру принимают на основе уравнения изотермы паровой фазы:

= 1;

хi - молярная доля компонента пара:

mi - константа фазового равновесия

mi = Рi/П

Рi - давление насыщенного пара компонента,

П - общее давление в системе.

П У1 + П У2 =1

Температуры кипения компонентов при нормальном давлении равны 68,70С и 80,2 0С соответственно.

Выберем в качестве первого приближения температуры 70 и 100 0С

при температуре tн = 70С:

Константы фазового равновесия компонентов

m1 = Р1 / П = 104907 / 170000 = 0,617;

m2 = Р2 / П = 72915 / 170000 = 0,429

= 0,138* 0,617 + 0,429* 0,862 = 0,455;

Данная сумма отличается от единицы.

при температуре tн = 100С:

Константы фазового равновесия компонентов

m1 = Р1 / П = 245005 / 170000 = 1,441;

m2 = Р2 / П = 179155 / 170000 = 1,054

= 0,138* 1,441 + 0,862* 1,054 = 1,107

Данная сумма отличается от единицы.

Методом линейной интерполяции определяем температуру кипения смеси. Согласно графику, температура кипения смеси при заданном давлении равна 95,0 0С.

Рис. 2 Линейная интерполяция

3. Определение средней разности температур между теплоносителями

tб = 110-18 = 92С

tм = 110-95 = 15С

tcр = = 42,5 С

4. Определение средних температур теплоносителей

Температура горячего потока постоянна и равна 110 С.

Средняя температура холодного потока

t2ср = 110 -42,5 = 67,5С

5. Нахождение теплофизических свойств потоков при их средних температурах

Средние значения теплофизических свойств смеси компонентов находятся по правилу аддитивности.

Средняя плотность смеси:

1/с = 0,15/612+0,85/826 = 0,001274

с = 784,8 кг/м3

Удельная теплоемкость смеси:

c = 0,15*2368 + 0,85*1979 = 2037,4 кДж/(кг*К)

Коэффициент динамической вязкости при:

lgмв = 0,138*lg0,206 + 0,862*lg0,353 = -0,48448

мв = 0,328 мПа*с

Коэффициент теплопроводности при:

л= 0,138*0,137 + 0,862*0,133 = 0,134 Вт/(м*К)