4. 7. Расчет конденсаторов и холодильников

4. 7. 1. Температурный режим

Наибольший эффект перевода паров в жидкость наблюдается при использовании конденсаторов воздушного охлаждения для съема основной части тепла и погружных водяных холодильников для доохлаждения. Погружные холодильники можно заменять кожухотрубчатыми.

Головные погоны атмосферных колонн (пары бензина, орошения и водяной пар) конденсируются и охлаждаются в воздушных холодильниках от температуры верха колонны (для К-2 t_верха = 158 ⁰С) до 60–70 ⁰С. Воздух, нагнетаемый вентилятором, нагревается от температуры на входе в 15-20 ⁰С (примем 20 ⁰С) до температуры на выходе в 60–70 ⁰С (примем 60 ⁰С).

Боковые погоны и остаток после теплообменников следует доохлаждать в воздушных холодильниках. Конечные температуры потоков, при которых они следуют в парк, могут быть приняты следующими [10]:

• для дизельных фракций 50-70 ⁰С (примем 70 ⁰С);

• для мазута 75-90 ⁰С.

4. 7. 2. Тепловой баланс воздушного конденсатора-холодильника

G_ДТ ( – ) = V_возд  _возд  с_возд ( – ), где

G_ДТ = 175133– вес ДТ, кг/ч;

= 340,30 – теплосодержание ДТ на входе в конденсатор-холодильник (при температуре выхода фракции из теплообменника, плотность ДТ равна 733 кг/ м³), кДж/кг;

= 142,09 – теплосодержание ДТ на выходе из конденсатора-холодильника (плотность ДТ: 829 – (70 – 20)  0,738 = 792 кг/ м³), кДж/кг;

V_возд – объем воздуха, нагнетаемого вентиллятором, м³/ч;

_возд = 1,2929 – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м³;

с_возд = 1,0 – теполемкость воздуха, кДж/(кг ⁰С);

, – температура воздуха на выходе (60 ⁰С) и на входе (20 ⁰С) в конденсатор-холодильник.

Подставив в указанную выше формулу приведенные значения, рассчитаем количество воздуха, нагнетаемого вентиллятором (м³/ч):

175133 (340,30 –142,09) = V_возд  1,2929  1,0 (60 – 20), откуда

V_возд = 671225 м³/ч

4. 7. 3. Тепловой баланс погружного водяного холодильника

G_ДТ ( – ) = G_воды ( – ), где

G_ДТ = 175133– вес ДТ, кг/ч;

= 142,09 – теплосодержание ДТ на входе в холодильник (при температуре выхода фракции из конденсатора-холодильника), кДж/кг;

= 77,85 – теплосодержание ДТ на выходе из водяного холодильника (плотность ДТ: 829 – (40 – 20)  0,738 = 814 кг/ м³), кДж/кг;

, – температура охлаждающей воды на выходе (40 ^оС) и на входе (25 ^оС) в холодильник.

Определим расход охлаждающей воды:

175133 (142,09 –77,85) = G_воды (40 – 25), откуда

G_воды = 762066 кг/ч

4. 7. 4. Поверхность конденсации или охлаждения

Поверхность конденсации или охлаждения определяется при помощи уже рассмотренного выше уравнения:

Q = F  k  t_ср, где

Q – количество передаваемого тепла, ккал/ч;

F – поверхность теплообмена, м²;

k – коэффициент теплопередачи, кДж/(м²ч⁰С);

t_ср – средняя разность температур, ⁰С.

Количество подаваемого тепла вычисляется как было показано при расчете тепловых балансов воздушного конденсатора-холодильника и водяного холодильника:

Q_{возд.к.-х.} = 175133 (340,30 –142,09) = 34713112 кДж/ч

Q_{вод.хол.} = 175133 (142,09 –77,85) = 11250544 кДж/ч

Коэффициент теплопередачи для аппарата воздушного охлаждения (АВО) с оребренными трубками принимается в пределах 42  209 кДж/(м²ч⁰С), примем k_АВО= 130 кДж/(м²ч⁰С).[10]

Коэффициент теплопередачи для водяных конденсаторов-холодильников подбирается по заводским данным, примем k_к.-х. = 370 кДж/(м²ч⁰С).

Средняя разность температур t_ср для воздушных холодильников и конденсаторов, в которых имеется перекрестное движение теплообменивающихся потоков, принимается равной 0,8t_ср противотока. Среднюю разность температур противотока определим, как было описано ранее, пользуясь следующей условной схемой:

t_нач = 150 ⁰C  t_кон = 70 ⁰C (горячий поток – ДТ)

t_кон = 60 ⁰C  t_нач= 20 ⁰C (холодный поток – воздух)

t_н = 150 – 60 = 90 ⁰C t_к = 70 – 20 = 50 ⁰C, где

t_н, t_к – большая и меньшая разности температур между теплоносителями.

Если  2, то среднюю разность температур с погрешностью не более 4 % можно вычислить как среднеарифметическую [3]. Поскольку в нашем случае это отношение составляет 1,8, то воспользуемся формулой:

t_ср = = = 70 ⁰C

Тогда средняя разность температур для АВО составит: t_ср = 0,870 = 56 ⁰C.

Средняя разность температур для водяного холодильника:

t_нач = 70 ⁰C  t_кон = 40 ⁰C (горячий поток – ДТ)

t_кон = 40 ⁰C  t_нач= 25 ⁰C (холодный поток – вода)

t_н = 70 – 40 = 30 ⁰C t_к = 40 – 25 = 15 ⁰C

Важно отметить, что для обеспечения надлежащего температурного напора начальная температура воды должна быть ниже конечной температуры продукта на 15-20 ⁰С. Поскольку отношение большей разности температур между теплоносителями к меньшей равняется 2,0, то рассчитаем t_ср для водяного холодильника по формуле:

t_ср = = = 22,5 ⁰C

Подставляя установленные величины Q, k и t_ср, получим следующие значения поверхностей теплообмена для АВО и водяного холодильника соответственно:

F_АВО = = = 4768 м²

F_{вод.хол.} = = = 1351 м²

В соответствии с установленными значениями поверхностей теплообмена выберем воздушный аппарат на 5000 м² и водяной аппарат на 1500 м².