Расчёт теплообменного аппарата
Согласно технологической схеме, мазут, выходящий снизу атмосферной колонны, охлаждается с 350 0С до 220 0С, отдавая своё тепло нефти. Начальная температура нефти – 120 0С.
Уравнение теплового баланса теплообменного аппарата [24]:
G1 • • (qмвх – qмвых ) = G2 • (qнвых – qнвх ) (3.25),
где qмвх ,qмвых – энтальпия мазута при начальной (Т1’) и конечной (Т1’’) температурах, кДж/кг;
qнвых ,qнвх – энтальпия нефти при начальной (Т2’) и конечной (Т2’’) температурах, кДж/кг;
– коэффициент использования тепла, принимаем 0,96.
71078,43 • 0,96 • (803,98 – 456,45 ) = 122549,02• (qнвых – 240,53),
23713811,3=122549,02 qнвых-29476715,78;
53190527,09=122549,02• qнвых ;
qнвых=434,03 кДж/кг.
По таблице зависимости энтальпии нефтяных жидкостей от температуры находим: температура нефти на выходе из теплообменника равна 200 0С.
Тепловая нагрузка теплообменника равна:
Q1 = 71078,43 • 0,96 • (803,98 – 456,45) = 23,7 •106 кДж/ч.
Средний температурный напор ∆Тср в теплообменнике определяем по формуле Грасгофа, имея в виду, что в аппарате осуществляется противоток теплоносителей по схеме:
350˚
220˚
200˚
120˚
∆Тмакс = 150˚ ∆Тмин =100˚
(3.26)
Поверхность теплообмена определяют из уравнения теплопередачи:
Q = K • F • ∆Тср (3.27),
откуда
F
=
.
где F – поверхность теплообмена, м2;
К – коэффициент теплопередачи, кДж/(м2•ч•град); ∆Тср – средняя логарифмическая разность температур, ˚С.
F
=
м2.
Необходимое число типовых теплообменников:
n
=
(3.28),
где F – рассчитанная поверхность теплообмена, м2;
F1 – поверхность теплообмена одного стандартного теплообменника, м2.
Выбираем кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью теплообмена 402 м2, выполненный в соответствие с ГОСТ 14246 – 79 [27].
n
=
В нашем случае достаточно одного теплообменного аппарата, характеристика которого приведена ниже.
Техническая характеристика теплообменника:
Диаметр, мм
кожуха 1000,
труб 20,
Длина труб, мм 6000,
Число ходов 2,
Поверхность теплообмена, м2 402.
Расчёт насоса для перекачивания мазута
1). Определим подачу насоса [28].
Подача насоса:
Q
=
(3.29),
где G – количество перекачиваемой среды, в нашем случае мазута, кг/ч.
мt – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3, м220˚= 986,2-0,522(220-20)=881,8 кг/м3.
Q
=
м3/ч
или Q=0,022
м3/с.
2). Определим напор насоса [28].
Напор насоса:
Н
=
(3.30),
где Р1 – давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость, Па, P1=1,5 атм (давление в атмосферной колонне);
Р2 – давление в аппарате, в который ведётся перекачка жидкости, Па, P2=5 атм.(давление в реакторе);
Нг – геометрическая высота подъёма жидкости, м.ст.ж., принимаем равной 30 м;
hп – суммарные потери напора, м.ст.ж., принимаем равными 5 м;
ж – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.
Н
=
м
ст.ж.
3). Мощность, затрачиваемая на перекачивание [28]:
Nп = ж • g • Q • H (3.31),
Nп = 881,8 • 9,8 • 0,022 • 76 = 14,4 кВт.
Мощность, развиваемая на валу электродвигателя:
Nдв.
=
(3.32),
где пер, н – КПД соответственно передачи и насоса.
Принимаем пер = 1,0; н = 0,8, тогда:
Nдв.
=
кВт.
Мощность, потребляемая самим двигателем, равна:
(3.33),
где
− общий КПД всего насосного агрегата.
(3.34),
где
− к.п.д. двигателя, равный 0,7.
кВт.
В связи с возможными перегрузками фактическую мощность двигателя N’дв принимают несколько большей на величину коэффициента запаса:
(3.35).
Для
электродвигателей мощностью до 50 кВт
=
1,2.
кВт.
По каталогу подбираем насос ТКА – 120/80 [29].
Характеристика насоса:
Подача, м3/ч 120
Напор, м.ст.ж. 80
Потребляемая мощность, кВт 11…45
4). Определим диаметр нагнетательного трубопровода (риформинг).
(3.36)
где Q
- объёмный расход мазута, м3/с,
ω
– скорость потока в трубопроводе, м/с.
(3.37).
Обычно скорость потока в нагнетательном трубопроводе составляет 0,5-2,5 м/с. Эта скорость зависит от вязкости перекачиваемой среды. Примем её равной 1 м/с. Тогда:
м2
м=167
мм
Диаметр всасывающего трубопровода определяется по аналогичным формулам. Принимаем скорость потока во всасывающем трубопроводе равной 0,5 м/с.
м2
м=237
мм