
- •3 Расчетная часть
- •3.1 Технологический расчет колонны к-1
- •3.1.1 Исходные данные
- •Материальный баланс колонны к-1
- •3.1.3 Расчёт доли отгона сырья на входе в вакуумную колонну
- •3.1.4 Расчет температур выхода фракций из колонны
- •3.1.5 Расчет диаметра колонны
- •3.1.6 Расчет теплового баланса вакуумной колонны
- •Расчет высоты колонны
- •Расчет сырьевого насоса.
- •Расчет полезной тепловой нагрузки печи.
- •3.4 Предварительный расчет блока теплообменников.
- •Расчёт эжектора
- •3.6 Расчет холодильника воздушного охлаждения
- •Расчет сепаратора-сборика эжекторных конденсатов
3.4 Предварительный расчет блока теплообменников.
Схема теплообмена на установке должна обеспечить подогрев мазута до температуры 300оС перед входом в печь П-1. Основой расчёта схемы теплообмена являются температура теплоносителя и его расход. Расчет технологической схемы теплообмена проведем обратным ходом.
Принимаем: температура мазута на входе в первый теплообменник равна 95оС; на выходе из последнего теплообменника 300оС.
В таблице 16 представлена характеристика теплоносителей.
Таблица 16 Характеристика теплоносителей
№ п/п |
Теплоноситель |
Расход, т/ч |
Начальная температура теплоносителя, оС |
Теплоносители вакуумной колонны К-1 |
|||
|
Гудрон ( гудрон+затемненный продукт+квенч) |
259 |
350 |
|
ШМФ(ШМФ+НЦО) |
724 |
285 |
Определение тепловой нагрузки теплообменника Т-101 [20]:
Q=G1 (q1- q2) ŋ= G2 (q3- q4)
где G1, G2 — расход горячего и холодного теплоносителя, соответственно, кг/с; q1, q2, q3, q4 — энтальпии горячего и холодного теплоносителя при температурах входа и выхода из аппарата, кДж/кг; ŋ — к.п.д. теплообменника, равный 0,95—0,97[16].
q1=
Температура гудрона на входе в теплообменник равна температуре квенча 270˚С.
q1=
Температуру гудрона на выходе принимаем из опытных данных [8] как оптимальную для выработки пара в парогенераторе 210˚С.
q2=
Q101=59,1×(582820-431440)×0,95=6890 кВт
Температура мазута на входе в теплообменник 95˚С. Из теплового баланса найдем температуру мазута на выходе:
q4=
213000×(582,82-431,44)×0,95= 400000 (q3-180.91 )
q3=240.91
По данным [21] энтальпии q3=240.91 соответствует температура 123˚С.
Определим температурный напор ΔТср, имея в виду, что теплообмен осуществляется в смешанном токе теплоносителей.
270˚С → 210˚С гудрон
123˚С ← 95˚С мазут
ΔТб147˚С
ΔТм115˚С
ΔТ=
Введем поправочный коэффициент ε=0,93 для смешанного тока в многоходовом (по трубному пространству) теплообменнике с одним ходом в межтрубном пространстве и поперечными ребрами [6].
ΔТср=131×0.93=121.83˚С
Примем коэффициент теплопередачи по [22] для вязких жидкостей в кожухотрубчатых теплообменниках К=80 кВт/(м2К).
Поверхность теплообмена рассчитаем по формуле:
Выбираем кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой по ГОСТ 14246-79 [23] со следующими характеристиками:
площадь теплообмена – 783 м2;
диаметр кожуха – 1200 мм;
диаметр труб – 25×2 мм;
длина труб – 9 м;
число ходов – 4;
площадь сечения одного хода по трубам 0,179 м2;
площадь сечения межтрубного пространства 0,113 м2;
общее число труб – 1708 шт.
Запас площади теплообмена:
Разность температур теплоносителя на входе и выходе из теплообменника определяется по уравнениям:
при
t
≤ 200оС
при
t
> 200оС
где Δtм и Δtm разность между температурами на входе и выходе соответственно для мазута и теплоносителя, оС;
Gм и Gm расход в теплообменнике мазута и теплоносителя, соответственно, т/ч или % от общего количества мазута.
Рассчитаем температуры теплоносителя на выходе и мазута на входе в теплообменник Т-102. В качестве теплоносителя используем поток ШМФ (табл. 16).
Для Т-102 температура выходящего потока ШМФ будет равна 210˚С, поскольку далее он направляется в парогенератор для выработки пара. На входе примем температуру ШМФ 250˚С. Тогда
Температура мазута на выходе из теплообменника Т-102 составит: 123+67=190˚C.
Для Т-103 температура выходящего потока гудрона равна температуре квенча 270˚С. На входе примем температуру гудрона 300˚С. Тогда
Температура мазута на выходе из теплообменника Т-103 составит: 190+19=209˚C.
Температура потока ШМФ на входе в Т-104 равна температуре вывода ШМФ из вакуумной колонны – 285ºС, а температура ШМФ на выходе из теплообменника – 250ºС. Температура ввода мазута в теплообменник – 209ºС. Температуру вывода мазута из теплообменника принимаем – 272ºС
Принимаем, что ШМФ, проходя через теплообменник охлаждается с 285ºС до 250ºС.
Требуемая площадь теплообмена (F2) равна:
где
Q
– тепловая нагрузка теплообменника
Вт.
К – коэффициент теплопередачи Вт/м2*К. принимаем [24] К=180 Вт/м2*К.
Δtср – средняя разность температур.
Расход ШМФ 724 т/ч= 201,1кг/с
Тогда:
285ºС 250ºС
272ºС 209ºС
13ºС 41ºС
Δtб=13ºС;
Δtм=41ºС;
Тогда:
I285=651,71кДж/кг
I250=556,09кДж/кг.
Тогда:
Выбираем два кожухотрубчатых теплообменника со следующими характеристиками:
площадь теплообмена – 2304 м2;
диаметр кожуха – 1400 мм;
диаметр труб – 25×2 мм;
длина труб – 9 м;
число ходов – 4;
площадь сечения одного хода по трубам 0,179 м2;
площадь сечения межтрубного пространства 0,113 м2;
общее число труб – 1580 шт.
Запас поверхности:
Для Т-105 температура выходящего потока гудрона равна 300˚С. На входе примем температуру вывода гудрона из колонны 350˚С [8]. Тогда
Температура мазута на выходе из теплообменника Т-105 составит: 272+28=300˚C.
Характеристики потоков теплообменников сводим в таблицу 17.
Таблица 17 Характеристика потоков теплообменников
Теплообменник |
Теплоноситель, т/ч |
Температура теплоносителя на входе, °С |
Температура теплоносителя на выходе, °С |
Температура мазута на входе °С |
Температура мазута на выходе °С |
Поток мазута |
|||||
Т-101 |
Гудрон |
270 |
210 |
95 |
123 |
Т-102 |
ШМФ |
250 |
210 |
123 |
190 |
Т-103 |
Гудрон |
300 |
270 |
190 |
209 |
Т-104 |
ШМФ |
285 |
250 |
209 |
272 |
Т-105 |
Гудрон |
350 |
300 |
272 |
300 |
С учетом характеристик теплоносителей (табл. 16) и потоков теплообменников (табл.17) на рисунке 7 представлена схема подогрева мазута перед печью П-1.