4. 6. Расчет теплообменников

4. 6. 1. Выбор потоков, отдающих тепло для нагрева сырья

Для нагрева сырья обычно используется тепло боковых погонов и остатка колонны в тех случаях, когда массовые количества и температуры их достаточно велики. Тепло остальных потоков используется лишь в том случае, когда не удается достигнуть желаемой конечной температуры нагрева сырья.

Для дистиллятных продуктов рекомендуется использовать кожухотрубчатые теплообменники, для остаточных – теплообменники типа «труба в трубе». Дистилляты надлежит посылать в межтрубное пространство, нефть и остатки (более загрязненные продукты) – в трубы.[10]

4. 6. 2. Температурный режим

Рассчитаем теплообменник, в котором в качестве теплоносителя используется дизельное топливо. Начальная температура теплоносителя на входе его в теплообменник соответствует температуре на входе его из отпарной колонны ( ⁰С), конечная температура теплоносителя на выходе из теплообменника на 50–70 ⁰С ниже начальной, примем t_кон = 200 – 50 = 150 ⁰С. Начальная температура сырья, поступающего в первый теплообменник составляет 17–20 ⁰С, примем = 20 ⁰С, конечная температура сырья , воспринимающего тепла, определяется из уравнения теплового баланса теплообменника.

4. 6. 3. Тепловой баланс теплообменника

Тепловой баланс теплообменника рассчитывается на основе следующего уравнения [10]:

 – к. п. д. теплообменника; потери тепла теплоносителем в окружающую среду обычно составляют 2-10 %, примем их равными 5 %, тогда = 100 – 5 = 95 %;

G_тепл = 175133 – вес теплоносителя (ДТ), кг/ч;

= – теплосодержание теплоносителя на входе в теплообменник, кДж/ч, плотность ДТ при 200 ⁰С равна ₂₀₀ = 829 – (200 – 20)  0,738 = 696,16  696 кг/м³;

= – теплосодержание теплоносителя на выходе из теплообменника, кДж/ч, плотность ДТ при 150 ⁰С равна ₁₅₀ = 829 – (150 – 20)  0,738 = 733,06  733 кг/м³;

= – теплосодержание сырья (нефти) на выходе из теплообменника, кДж/ч;

= = – теплосодержание сырья (нефти) на выходе из теплообменника, кДж/ч, плотность нефти при 20 ⁰С равна 865 кг/м³;

Подставив значения получим следующее выражение:

0,95  175133  (485,87 – 340,30) = 724264,7 ( – 37,04), откуда

= 70,51 кДж/ч

Рассчитанному значению теплоемкости согласно справочных таблиц [13] соответствует значение температуры =38 ⁰С.

4. 6. 4. Поверхность теплообмена и подбор типовых теплообменников

Поверхность теплообмена определяется из 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 в п. 4.6.3. при расчете теплового баланса:

Q = 0,95  175133 (485,87 – 340,30) = 24219405 кДж/ч

Подбор коэффициента теплопередачи осуществляется согласно заводских данных [3] в пределах 150  250 кДж/(м²ч⁰С), примем k = 200 кДж/(м²ч⁰С).

При противотоке среднюю разность температур определяют, пользуясь следующей условной схемой:

t_нач = 200 ⁰C  t_кон = 150 ⁰C (горячий теплоноситель – ДТ)

t_кон = 38 ⁰C  t_нач= 20 ⁰C (холодный теплоноситель – нефть)

t_н = 200 – 38 = 162 ⁰C t_к = 150 – 20 = 130 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 1,23, то воспользуемся формулой:

t_ср = = = 146 ⁰C

Подставляя установленные величины Q, k и t_ср, получим значение поверхности теплообмена:

F = = = 829 м²

Принимаем типовой кожухотрубчатый теплообменник со стандартной рекомендуемой поверхностью F_станд = 450 м² в количестве 2 шт. [10]