Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Энерготехнология химических производств

..pdf
Скачиваний:
38
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
8.25 Mб
Скачать

Задание № 3

Для утилизации теплоты газового потока с температурой tгаза и с расходом Vгаза используется установка, состоящая из двух теплообменников, вырабатывающая из воды сухой насыщенный пар заданного давления (Рпара) и охлаждающая газ до 130 °С.

Рис. П1.1. Схема установки

Причем:

в первом (по ходу воды) теплообменнике (II) производится по-

догрев исходной воды с температурой tводы до температуры кипения, однако самого кипения не происходит;

второй (по ходу воды) теплообменник (I) работает как кипятильник, т.е. генерирует сухой насыщенный пар;

изобарная теплоемкость газа: CР = 27,88 + 4,27 10–3 T, Дж/(моль К).

Определите тепловую нагрузку на каждый теплообменник и их сумму, расход воды или паропроизводительность установки, необходимые поверхности теплообмена (противоток).

При расчетах коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы

равен αг, от стенки трубы к воде при ее подогреве – αв, а при кипении – αкип. Теплообменник выполнен из стальных труб с толщиной стенки 4 мм и теплопроводностью 50 Вт/(м К), загрязнений стенки нет. Исходные данные возьмите из табл. П1.4 (по номеру варианта).

Таблица П1 . 4

Исходные данные для расчетов

№1

Vгаза,

tводы,

tдым. газа,

Pпара,

№2

αГ

αВ

αКИП

нм3

°С

°С

МПа

 

Вт/(м2·К)

 

0

1,8

20

400

0,23

0

30

350

3500

1

2,0

24

370

0,42

1

43

420

4200

2

2,2

28

450

0,55

2

38

450

4500

3

2,4

32

415

1,13

3

35

380

3800

4

2,6

26

385

1,00

4

42

530

5300

5

2,8

20

460

1,26

5

40

490

4900

6

3,0

18

510

0,90

6

52

480

4800

7

3,2

15

500

1,41

7

46

580

5800

8

3,4

20

480

1,00

8

50

560

5600

9

3,6

30

390

0,71

9

56

520

5200

141

Задание № 4

Рассчитайте теплонасосный цикл аммиачной компрессионной установки на перегретом паре. Установка повышает потенциал 1 МВт низкопотенциального тепла. Температура рабочего тела до и после испарителя установки равна t1, а температура рабочего тела до и после конденсатора равна t2. При расчетах нужно учесть, что процессы сжатия пара в компрессоре и сброса давления в дросселе протекают адиабатически. Исходные данные пре возьмите из табл. П1.5 (по номеру варианта).

При проведении расчетов определите необходимую мощность компрессора, количество рекуперируемой теплоты (теплоту, снятую с рабочего тела при его охлаждении и конденсации), степень сухости пара после дросселирования, необходимый расход рабочего тела и P,V,T- координаты процессов. Расчеты проиллюстрируйте на P,V- и T,S- диаграммах. Параметры аммиака на линиях кипения и насыщения возьмите из табл. П2.4.

Рис. П1.2. Схема теплонасосной установки

Схема теплонасосной установки с указанием номеров точек приведена на рис. П1.2.

 

 

 

 

Таблица П1 . 5

 

Исходные данные для расчетов

 

 

 

 

 

 

№ 1

t1, °C

№ 2

 

t2, °C

0

–10

0

 

60

1

–5

1

 

65

2

0

2

 

70

3

5

3

 

75

4

10

4

 

80

5

15

5

 

85

6

20

6

 

90

7

25

7

 

95

8

30

8

 

100

9

35

9

 

105

142

Задание № 5

В топке сжигается газообразное топливо с объемным расходом G, составом и температурой tг. На сжигание подается воздух с температурой tв. Коэффициент избытка воздуха равен α. Недожог топлива отсутствует.

Определите необходимое количество подаваемого воздуха, состав дымовых газов и низшую теплоту сгорания топлива. Составьте материальный и тепловой балансы топки с учетом тепловых потерь в окружающую среду (q5). Данные для расчетов возьмите из табл. П1.6 (по номеру варианта), а значения теплоемкостей из П2.1.

Таблица П1 . 6

Исходные данные для расчетов

№ 1

 

 

Состав топлива, % об.

 

 

№ 2

G,

α

t , °

t

, °

q5, %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З

 

CH4

C2H6

C3H8

N2

2

H2S

CO

H2

 

 

г

С

в

С

 

 

 

нм /с

 

 

 

 

 

 

0

84,5

3,8

 

1,9

3,2

1,5

0,1

 

2,5

2,5

0

65,0

1,05

10,0

50

0,5

1

93,8

2,0

 

0,8

2,6

0,8

0,0

 

0,0

0,0

1

60,0

1,05

15,0

100

0,6

2

96,1

0,7

 

0,1

2,8

0,1

0,05

 

0,0

0,15

2

55,0

1,10

20,0

150

0,7

3

94,9

3,2

 

0,4

0,4

0,7

0,2

 

0,2

0,0

3

50,0

1,10

25,0

200

0,8

4

55,5

6,0

 

12,5

13,4

3,6

0,8

 

4,2

4,0

4

45,0

1,15

30,0

250

0,9

5

98,1

0,1

 

0,2

0,6

1,0

0,0

 

0,0

0,0

5

40,0

1,15

35,0

300

1,0

6

20,5

8,2

 

3,2

46,9

0,5

0,1

 

5,2

15,4

6

35,0

1,20

40,0

350

1,1

7

 

 

7

30,0

1,20

45,0

400

1,2

8

 

 

8

25,0

1,30

50,0

450

1,3

9

 

 

9

20,0

1,30

55,0

500

1,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

143

Задание № 6

В топке сжигается топливо с заданным расходом G и составом. На сжигание подается воздух с температурой tв. Коэффициент избытка воздуха равен α. Недожог топлива отсутствует.

Определите необходимое количество подаваемого воздуха, состав дымовых газов и низшую теплоту сгорания топлива. Составьте материальный и тепловой балансы топки с учетом тепловых потерь в окружающую среду (q5). Данные для расчетов возьмите из табл. П1.7 (по номеру варианта), а значения теплоемкостей – из табл. П2.1.

Таблица П1 . 7

Исходные данные для расчетов

№ 1

 

 

Состав топлива

 

 

№ 2

G,

α

tв,

q5,

CP

HP

 

NP

SP

 

АP

WP

кг/с

°С

%

0

83,2

10,4

 

0,5

2,8

 

0,1

3,0

0

10

1,20

150

5

1

84,6

11,7

 

0,3

0,3

 

0,1

3,0

1

15

1,30

200

7

2

68,4

4,2

 

1,9

0,3

 

13,2

12,0

2

20

1,40

250

5

3

37,3

2,2

 

0,6

2,7

 

25,2

32,0

3

25

1,40

300

7

4

50,4

2,9

 

0,8

0,8

 

38,1

7,0

4

25

1,30

350

5

5

84,1

11,3

 

0,8

3,5

 

0,1

0,2

5

20

1,20

350

10

6

73,1

9,8

 

0,9

5,1

 

0,4

10,7

6

15

1,25

300

7

7

 

 

7

10

1,35

250

5

8

 

 

8

5

1,20

200

7

9

 

 

9

5

1,30

150

10

144

Задание № 7

Сделайте технологический расчет котлоагрегата, работающего на основном топливе с коэффициентом избытка воздуха α и вырабатывающего G (т/ч) перегретого пара с давлением Рпара и температурой tпара.

Температура топлива и воздуха, подаваемых в топку, равна 10 °С. Температура питательной воды, подаваемой в экономайзер,

составляет 15 °С.

Температура выходящих из экономайзера дымовых газов, равна

130 °С.

Исходные данные для расчетов представлены в табл. П1.8, П2.1, П2.2 (для дымовых газов).

В расчетах необходимо определить:

1)расход топлива (нм3/ч), необходимый для выработки пара;

2)расход дымовых газов (нм3/ч);

3)поверхность теплообменной аппаратуры: а) в радиантной зоне; б) экономайзера; в) пароперегревателя – при противоточном движении теплоносителей.

4)Составьте полные материальный и тепловой балансы по ста-

диям.

Трубы теплообменной аппаратуры изготовлены из стали с теплопроводностью 48,5 Вт/мК, толщиной стенок 5 мм.

Коэффициенты теплоотдачи:

экономайзер: αд.г = 68 Вт/(м2 · К), αводы = 900 Вт/(м2 · К);

пароперегреватель: αд.г = 90 Вт/(м2 · К), αводы = 400 Вт/(м2 · К);

радиантная зона: αд.г = 220 Вт/(м2 · К), αводы = 8500 Вт/(м2 · К). При проведении расчетов следует считать, что в экономайзере

питательная вода нагревается до t кипения, в трубах радиантной зоны происходит ее испарение до состояния сухого насыщенного пара, а в пароперегревателе происходит перегрев сухого насыщенного пара до состояния перегретого пара. Расчеты произведите с учетом зависимости теплоемкости дымовых газов от температуры. Состав топлива возьмите из литературы: Энергетическое топливо

СССР: справ. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – С.183.

Таблица П1 . 8

Исходные данные для расчетов

№ 1

Топливо

α горения

№ 2

Рпара, МПа

tпара, °С

G, т/ч

0

Уренгой – Надым – … – Ухта

1,03

0

1,0

220

10

1

Уренгой – Ужгород

1,05

1

2,7

270

20

2

Уренгой – Новопсков

1,10

2

3,5

270

30

3

Надым – Пунга – Тура

1,15

3

4,5

350

40

4

Уренгой – Надым – … – Ухта

1,03

4

5,7

320

50

5

Уренгой – Ужгород

1,05

5

6,3

350

60

6

Уренгой – Новопсков

1,10

6

8,5

350

50

7

7

10,0

365

40

8

8

1,5

210

30

9

9

4,1

315

20

145

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Таблица П2 . 1

Мольная изобарная теплоемкость газов, кал/(моль К)

СP = a + bT + cT 2 + dT 3

Газ

а

b

с

d

 

 

 

 

 

СН4

4,598

1,245E-2

2,860Е-6

–2,703E-9

С2Н6

1,292

4,254E-2

–1,657E-5

2,081Е-9

СЗН8

–1,009

7,315E-2

–3,789E-5

7,678E-9

H2S

7,629

3,431E-4

5,809E-6

–2,810Е-9

СО

7,373

–0,307E-2

6,662E-6

–3,037E-9

N2

7,440

–0,324E-2

6,400E-6

–2,790E-9

Н2

6,483

2,215E-3

–3,298E-6

1,826E-9

2

4,728

1,754E-2

–1,338E-5

4,097E-9

2

5,697

1,600E-2

–1,185E-5

3,172E-9

Н2О

7,701

4,595E-4

2,521E-6

–0,859E-9

О2

6,713

–0,879E-6

4,170E-6

–2,544E-9

NH3

6,524

5,692E-3

4,078E-6

–2,83ОЕ-9

С2Н4

0,909

3,740E-2

–1,994E-5

4,192E-9

С2Н2

6,406

1,810Е-2

–1,196E-5

3,373E-9

Таблица П2 . 2

Мольная изобарная теплоемкость газов при высоких температурах, Дж/(моль К)

Газ

Тmax, К

Уравнение зависимости СР = f (T)

H2O

2500

30,02 + 10,72 10–3 + 0,33 105/Т2

CO2

2500

44,17 + 9,04

10–3

Т – 8,54 105/Т2

O2

3000

29,98 + 4,187

10–3

Т – 1,675 105/Т2

N2

2500

27,88 + 4,27 10–3 Т

146

Таблица П2 . 3 Свойства воды и водяного пара на линии насыщения

t,

T,

P,

v' 103,

v'',

H',

H'',

r,

°C

K

МПа

м3/кг

м3/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

0

273,15

0,000611

1,0002

206,321

–0,04

2501

2501

10

283,15

0,001227

1,0003

106,419

41,99

2519

2477

20

293,15

0,002337

1,0017

57,833

83,86

2538

2454

30

303,15

0,004242

1,0043

32,929

125,66

2556

2430

40

313,15

0,007375

1,0078

19,548

167,45

2574

2406

50

323,15

0,012335

1,0121

12,048

209,26

2592

2382

60

333,15

0,019919

1,0171

7,681

251,09

2610

2358

70

343,15

0,031161

1,0228

5,0479

292,97

2627

2334

80

353,15

0,047359

1,0292

3,4104

334,92

2644

2309

90

363,15

0,070108

1,0361

2,3624

376,94

2660

2283

100

373,15

0,101325

1,0437

1,6738

419,06

2676

2257

110

383,15

0,14326

1,0519

1,2106

461,32

2692

2230

120

393,15

0,19854

1,0606

0,89202

503,7

2707

2203

130

403,15

0,27012

1,0700

0,66851

546,3

2721

2174

140

413,15

0,36136

1,0801

0,50875

589,1

2734

2145

150

423,15

0,47597

1,0908

0,39261

632,2

2746

2114

160

433,15

0,61804

1,1022

0,30685

675,5

2758

2082

170

443,15

0,79202

1,1145

0,24259

719,1

2768

2049

180

453,15

1,0027

1,1275

0,19381

763,1

2777

2014

190

463,15

1,2552

1,1415

0,15631

807,5

2785

1977

200

473,15

1,5551

1,1565

0,12714

852,4

2791

1939

205

478,15

1,7245

1,1644

0,11500

875,0

2794

1919

210

483,15

1,9079

1,1726

0,10422

897,8

2796

1899

215

488,15

2,1063

1,1811

0,09460

920,6

2798

1878

220

493,15

2,3201

1,1900

0,08602

943,7

2800

1856

225

498,15

2,5504

1,1992

0,07833

966,9

2801

1834

230

503,15

2,7979

1,2087

0,07143

990,3

2802

1811

235

508,15

3,0635

1,2186

0,06523

1014

2802

1788

240

513,15

3,3480

1,2291

0,05964

1038

2802

1764

245

518,15

3,6524

1,2399

0,05459

1062

2801

1739

250

523,15

3,9776

1,2513

0,05002

1086

2800

1714

255

528,15

4,3245

1,2632

0,04588

1110

2798

1687

260

533,15

4,6940

1,2756

0,04212

1135

2795

1660

265

538,15

5,0872

1,2887

0,03870

1160

2792

1632

270

543,15

5,5051

1,3025

0,03557

1185

2788

1603

275

548,15

5,9487

1,3170

0,03272

1211

2784

1573

280

553,15

6,4191

1,3324

0,03010

1237

2779

1542

285

558,15

6,9174

1,3487

0,02771

1263

2772

1509

290

563,15

7,4448

1,3659

0,02551

1290

2765

1475

295

568,15

8,0025

1,3844

0,02348

1318

2758

1440

300

573,15

8,5917

1,4041

0,02162

1345

2748

1403

305

578,15

9,2136

1,4252

0,01989

1374

2738

1364

310

583,15

9,8697

1,4480

0,01829

1403

2727

1324

315

588,15

10,561

1,4726

0,01681

1433

2714

1281

320

593,15

11,290

1,4995

0,01544

1463

2700

1236

325

598,15

12,057

1,5289

0,01416

1495

2684

1189

147

Окончание табл. П2 . 3

t,

T,

P,

v' 103,

v'',

H',

H'',

r,

°C

K

МПа

м3/кг

м3/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

330

603,15

12,865

1,5614

0,01296

1528

2666

1138

335

608,15

13,714

1,5977

0,01184

1561

2645

1084

340

613,15

14,608

1,6390

0,01078

1597

2622

1026

345

618,15

15,548

1,6859

0,009779

1634

2596

962,5

350

623,15

16,537

1,7407

0,008822

1673

2566

893,2

355

628,15

17,577

1,8073

0,007895

1716

2530

815,0

360

633,15

18,674

1,8930

0,006970

1763

2486

722,6

365

638,15

19,830

2,015

0,006013

1820

2424

604,7

370

643,15

21,053

2,231

0,004958

1896

2336

439,5

374

647,15

22,084

2,834

0,003482

2039

2151

111,5

Таблица П2 . 4 Свойства аммиака на линии насыщения

T,

P,

v' 103,

v'',

H',

H'',

r,

K

МПа

м3/кг

м3/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

195,42

0,00600

1,362

1583

45

1540

1495

200

0,00860

1,372

1130

66

1549

1483

205

0,01246

1,382

798,5

88

1558

1470

210

0,01769

1,394

575,0

111

1567

1456

215

0,02465

1,405

421,6

133

1576

1443

220

0,03376

1,417

314,2

156

1585

1429

225

0,04551

1,429

237,8

178

1593

1415

230

0,06043

1,441

182,4

201

1602

1401

235

0,07913

1,454

141,8

224

1610

1386

240

0,1023

1,467

111,5

247

1618

1371

244

0,1246

1,478

92,79

265

1624

1359

246

0,1371

1,483

84,84

274

1627

1353

248

0,1505

1,488

77,70

283

1630

1347

250

0,1651

1,4940

71,28

292

1633

1340

252

0,1807

1,4997

65,48

302

1636

1334

254

0,1975

1,5055

60,24

311

1638

1328

256

0,2155

1,5113

55,50

320

1641

1321

258

0,2348

1,5172

51,20

329

1644

1314

260

0,2555

1,5232

47,30

339

1646

1308

262

0,2775

1,5292

43,76

348

1649

1301

264

0,3010

1,5354

40,53

357

1651

1294

266

0,3261

1,5416

37,58

367

1654

1287

268

0,3528

1,5479

34,89

376

1656

1280

270

0,3811

1,5544

32,43

385

1659

1273

272

0,4113

1,5609

30,17

395

1661

1266

274

0,4432

1,5675

28,11

404

1663

1259

276

0,4770

1,5742

26,21

413

1665

1252

278

0,5129

1,5811

24,46

423

1667

1244

280

0,5507

1,5880

22,86

432

1669

1237

282

0,5907

1,5951

21,38

442

1671

1229

148

Окончание табл. П2 . 4

T,

P,

v' 103,

v'',

H',

H'',

r,

K

МПа

м3/кг

м3/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

284

0,6329

1,6022

20,01

451

1673

1222

286

0,6775

1,6095

18,75

460

1674

1214

288

0,7243

1,6170

17,58

470

1676

1206

290

0,7737

1,6245

16,50

479

1678

1198

292

0,8256

1,6322

15,49

489

1679

1190

294

0,8801

1,6400

14,56

498

1680

1182

296

0,9373

1,6480

13,70

508

1682

1174

298

0,9973

1,6562

12,90

517

1683

1166

300

1,060

1,6645

12,15

527

1684

1157

302

1,126

1,6729

11,45

536

1685

1149

305

1,231

1,6860

10,49

551

1687

1136

307

1,305

1,6948

9,907

560

1687

1127

309

1,382

1,7039

9,360

570

1688

1118

311

1,462

1,7132

8,847

580

1689

1109

313

1,546

1,7227

8,367

589

1689

1100

315

1,634

1,7324

7,917

599

1690

1091

317

1,725

1,7424

7,496

609

1690

1081

319

1,820

1,7525

7,100

618

1690

1072

321

1,919

1,7629

6,728

628

1690

1062

323

2,022

1,7736

6,378

638

1690

1052

325

2,129

1,7846

6,049

648

1690

1042

327

2,241

1,7958

5,739

658

1690

1032

329

2,357

1,8074

5,447

668

1689

1021

331

2,477

1,8192

5,172

678

1689

1011

333

2,601

1,8314

4,912

688

1688

1000

335

2,731

1,8440

4,666

698

1687

989

337

2,865

1,8569

4,434

708

1686

978

339

3,004

1,8702

4,215

718

1685

967

341

3,148

1,8839

4,007

728

1684

956

343

3,298

1,8981

3,810

739

1682

943

345

3,452

1,9128

3,624

749

1681

932

351

3,949

1,9599

3,119

781

1674

893

353

4,126

1,9768

2,967

792

1672

880

355

4,309

1,994

2,823

803

1670

866

360

4,794

2,042

2,491

831

1662

830

365

5,319

2,094

2,195

861

1652

791

370

5,886

2,154

1,931

892

1640

749

375

6,499

2,222

1,693

924

1626

702

380

7,160

2,302

1,476

959

1608

649

385

7,872

2,399

1,275

990

1586

588

390

8,637

2,521

1,085

1025

1556

515

395

9,459

2,684

0,891

1065

1511

419

400

10,342

2,938

0,672

1110

1430

277

149

Учебное издание

Саулин Дмитрий Владимирович

ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Конспект лекций

Редактор и корректор М.А. Капустина

Подписано в печать 28.12.2015. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 9,5. Тираж 100 экз. Заказ № 273/2015.

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, к. 113.

Тел. (342) 219-80-33.