Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.11.2023

Размер:

14.86 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 3839 / 4139 40 41 > Следующая >>>

Выбирая значения энтальпий веществ из справочных данных, находим:

∑h

1(−249.95)

= −2192, 54 кДж/кг,

исх

обр

114 10−3

∑ h

0, 327

(−74,85) +

0, 283

52, 3 +

0, 075

(−84, 67) +

16 10−3

30 10−3

прод

обр

28 10−3

0,115

53, 3 +

0, 012

(−103,85) +

0, 06

26, 65 +

42 10−3

44 10−3

56 10−3

0, 04

(−126,15) +

0, 03

(110,16)

0, 043

(−146, 44) =

58 10−3

54 10−3

60 10−3

= −1197, 41 кДж/кг,

∑hобр

= −2,193 10−3

кДж/ч,

исх

∑ hобр

= −1,197 10−3

кДж/ч.

прод

Тогда Qpo

= 8500 (−1,197 + 2,193)10−3 = 8458, 6 10−3

кДж/ч,

∆ в

∆ с

∆ Q

∆ а(Т−

298+)

(Т−

298 +)

(Т−

298

)

где ∆ а=

∑а−

∑ а, ∆ в=

∑в−

∑ в,

∆ с=

∑с−

∑ с. Значения а, в, и с

исх

прод

исх

прод

исх

прод

берем для всех компонентов реакции из справочных данных. Получаем:

∆ a= ∑ νi ai= [(	1	11,84)− (	0.327	14,32+	0.283	11,32+
	0,114				0, 028
		0, 016

+ 0.075 5, 75 + 0.115 (−14,94 + 0.012 1, 72 + 0.06 (−24, 43) + 0, 030 0, 042 0, 044 0, 056

+ 0.04 18, 23 + 0.03 8, 08 + 0.043 6,9 + 0.015 28,8)] = 0, 058 0, 054 0, 060 0, 002

= −448,986 Дж/ К = −0, 489 кДж/ К.

381


		∑νi bi= [(		1			0,327				0, 283
∆ b=						666,51)−	(			74, 66+			122, 01+
				0,114
							0, 016				0, 028
+	0,	075	175,11+		0,115	268,91+	0,	012	270, 75 +			0, 06		365,97 +
		030					0,	044
0,				0, 042							0, 056

+ 0, 04 303,56 + 0, 03 273, 22 + 0, 043 425,93 + 0, 015 0, 0276)]10−3 =


0, 058				0, 054				0, 060							0, 002
= 779,918 10−3 Дж/ К2 = 0, 779 10−3 кДж/ К2
∆ c= ∑νi ci= [(				1		−(		244,93))− (		0,327			−(		17, 43)+		0, 283		−( 37,9)+
				0,114
								0,016							0,028
+	0,075		(−57,85)	+	0,115		(−105,9) +		0,012			(−94, 48) +				0,06		(−140,88) +

0,030				0,042				0,044							0,056
+	0,04	(−92,65)		+	0,03		(−111,75) +				0,043			(−154,39) +

0,058				0,054				0,060

+0,015 (−1,92))] 10−6 = −554,897 10−6 Дж/ К3 = −0,547 10−6 кДж/ К3. 0,002

Получаем

0, 779 10

−3

∆ Qtp= 8500 (− 0, 489)(903−

298)+

(9032− 2982 )+

(−0,547

10−6 )

(903 − 298 )

= 8500(−295,85 + 283, 01−129, 43) =

= −1209, 22 103 кДж/ ч,

Qхим = Qо

+ ∆ Qt=

8458, 6

103− 1209, 22 103=

7249,38 103 кДж / ч.

Находим теплоту водяного пара радиантной камеры:

Qн2о = М	н2о	(С780	t′′ − С110	t′ ),
р	н2о	р,н2о	р р,н2о	р
Qн2о = 5100		(2,304 780 − 2,117 110) = 7977, 68 103 кДж/ч,
р

где Ср,н2о берем из ТТД таблиц для воды.

382

Определим теплоту пирогаза:

Qпир = М	пир	(С780	t′′	− С630	t′	).
р	пир	р,пир	p	p,пир	p

Теплоемкости пирогаза определяем как сумму произведений теплоемкостей компонентов пирогаза на их массовые доли:

Ср780,пир = ∑ gi Cр780,i , Cр630,пир = ∑ gi Cp,630i ,

Ср630 (СН4 ) = 14, 32 + 74, 66 10−3 903 −17, 43 10−6 9032 =

= 67, 525 Дж / моль К,

Ср630 (С2 Н4 ) = 11, 32 +122, 01 10−3 903 − 37, 9 10−6 9032 = = 90, 595 Дж / моль К,

Ср630 (С2 Н6 ) = 5, 75 +175,11 10−3 903 − 57,85 10−6 9032 = = 116, 702 Дж / моль К,

Ср630 (С3Н6 ) = −14, 94 + 268, 91 10−3 903 −105, 9 10−6 9032 = = 141, 534 Дж / моль К,

Ср630 (С3Н8 ) = 1, 72 + 270, 75 10−3 903 − 94, 48 10−6 9032 = =169, 7 Дж / моль К,

Ср630 (С4Н8 ) = −24, 43 + 365, 97 10−3 903 −140,88 10−6 9032 = =191,166 Дж / моль К,

Ср630 (С4 Н10 ) = 18, 23 + 303, 56 10−3 903 − 92, 65 10−6 9032 = = 216, 797 Дж / моль К,

Ср630 (С4Н6 ) = 8, 08 + 273, 22 10−3 903 −111, 75 10−6 9032 = =163, 676 Дж/ моль К,

383

Ср	630 (С5 ) = 6, 9 + 425, 93 10−3 903 −154, 39 10−6 9032 =
= 265, 624 Дж / моль К,
СР	630	пир = (	67, 525 0, 327	+	90, 595 0, 283	+	116, 702 0, 075	+

		0, 016		0, 028		0, 03

+ 141,534 0,115 + 169, 7 0, 012 + 191,166 0, 06 + 216, 797 0, 04 +

0, 042 0, 044 0, 056 0, 058

+	163, 676 0, 03			+	265, 624 0, 043		) = 3656, 623 Дж / моль К,

		0, 054				0, 06
СР		780 (СН4 ) =14, 32 + 74, 66 10−3 1053 −17, 43 10−6 10532 =
= 73, 61 Дж/ моль К,
СР		780 (С2Н4 ) =11, 32 +122, 01 10−3 1053 − 37, 9 10−6 10532 =
= 97, 773 Дж/ моль К,
СР		780 (С2Н6 ) = 5, 75 +175,11 10−3 1053 − 57,85 10−6 10532 =
=125,996 Дж/ моль К,
СР		780 (С3Н6 ) = −14,94 + 268,91 10−3 1053 −105,9 10−6 10532 =
=150, 799 Дж/ моль К,
СР		780 (С3Н8 ) = 1, 72 + 270, 75 10−3 1053 − 94, 48 10−6 10532 =
= 182, 049 Дж / моль К,
СР		780 (С4Н8 ) = −24, 43 + 365,97 10−3 1053 −140,88 10−6 10532 =
= 204, 727 Дж/ моль К,
С	Р	780 (С	Н ) = 18, 23 + 303,56 10−3 1053 − 92, 65 10−6 10532					=
			4 10
= 235,148 Дж / моль К,
СР		780 (С4Н6 ) = 8, 08 + 273, 22 10−3 1053 −111, 75 10−6 10532 =
= 171,871 Дж / моль К,

384

СР780 (С5 ) = 6, 9 + 425, 93 10−3 1053 − 154, 39 10−6 10532 = = 284, 215 Дж / моль К,

С 780

= (

73,61 0,327

97.773 0, 283

125.996 0,075

150,799 0,115

Рпир

0,016

0,028

0,03

0,042

182,049 0,012

204,727 0,06

235,148 0,04

171.871 0,03

0,044

0,056

0,058

0,054

285, 215 0,043

) = 3950,843 Дж/ моль К,

0,06

СРпир780 = 3,657 кДж/кг·КСРпир630 = 3,951 кДж/кг·К.

Таким образом, находим:

Qрпир

= 8500 (3,951 780 − 3, 657 630) = 6611,89 103 кДж/ ч.

Значит, теплота радиантной камеры определяется как

Qр

= (7249,38 + 7977, 68 + 6611,89) 103 = 21838,95 103 кДж/ ч =

= 21,839 106 кДж/ ч.

Следовательно, полезная теплопроизводительность

= (20, 031+ 21,839) 106 = 41,87 106 кДж/ ч.

пол

Вычислим теплоту горения:

41,87 106

= 56,889 106 кДж / ч.

гор

0, 736

Тогда расход топлива

M т

56,889 106

= 0, 384 нм3 / с.

3600 41187

II. Определение конструктивной схемы печи

Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья, диаметра труб и теплонапряжения, чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора, причем теплонапряжение радиантных труб не должно превышать допустимое.

385

Определим число потоков по продукту:

nпр =			Gпр
				,
	U		опт F 3600
			пр тр
где Gпр –		производительность печи, Gпр = 13 600 кг/ч;
Uпропт	–		средняя оптимальная массовая скорость продукта, Uпропт =
= 120 кг/м2с;
Fтр –		площадь сечения трубопровода.

Для дальнейшего расчета выбираем для беспламенных горелок трубы диаметром d = 140 мм и толщиной стенки δ = 8 мм. Тогда сечение трубопровода

F =	π dвн2	=	π(0,1242 )			= 0, 01207 м2.

тр	4			4

Следовательно,				nпр =	13600		= 2, 6 .

					120 0, 01207 3600

Принимаем для последующего расчета nпр = 3. Тогда уточним действительную скорость продукта:

Uпр	=				Gпр	,
Uпр	=		3600 Fтр nпр			,
			3600 Fтр nпр
Uпр	=				13600		= 104, 32 кг / (м2 с) ,
Uпр	=				0, 01207 3		= 104, 32 кг / (м2 с) ,
	3600				0, 01207 3
W	=	Uпр		,
W	=			,
пр			ρ
			пр

pv = RT, p = RTρ, откуда

ρ =	p	,

	R T
µпр	= ∑ri µпр ,

386

MC8H18

= 8500 кг,

M H2O

= 5100 кг.

Доля бензина 140 и водяного пара:

8500

= 0,625, gH

O =

5100

= 0,375,

13600

13 600

C8H18

ri =

µi

∑

µi

0, 375

0, 02083;

gC H

0, 625

= 0, 00548 ,

µH

µC H

114

O =

0, 02083

= 0,791 rC H

0, 00548

= 0, 209

0, 02083 + 0, 00548

µпр = rH2O µH2O + rC8H18 µC8H18

µпр

= 0,791 0,018+0,209 0,114 = 38,064 10−3

кг/моль,

Rсм =

8314

= 218.42 Дж / кг К ,

38,064 10−3

ρ630

2,5 105

= 1, 265 кг/м3,

218, 42 905

пр

ρ780

2,5 105

= 1, 087 кг/м3 ,

пр

218, 42 1053

= (1, 265 +1, 087) / 2 = 1,176 кг/м3.

пр

Тогда линейная скорость сырья будет определяться как

Wпр

104,32

= 88, 707 м/ с.

1,176

387

Определим длину труб:

l′

=W τ,

тр

пр

где τ –

время контакта, приведенное в исходных данных, τ = 0, 9 с,

l′

= 88,707 0,9 = 79,837 м,

тр

= l′ n ,

тр

пр

Lтр

= 79,837 3 = 239,111 м,

Lтр

тр

239,111

= 26, 63

27 шт (3× 9),

тр

= l +

= l + π

1,8d

= l + 0, 9πd ,

тр

l*тр

= 9 + 0,9 3,14 0,14 = 9,396 м,

n*тр

Lтр

n*тр

239,111

= 25, 45 27 шт (3× 9).

9, 396

Определим общую поверхность нагрева радиантной камеры:

Fр = π d l*тр nпр Fр = π 0.14 9,396 27 =111,52 м2.

Для нормального функционирования печи должно выполняться условие

qp < qдоп ,

где qp – потребное теплонапряжение радиантных труб, qдоп – допустимое теплонапряжение,

qp	=	Qp		,

			Fp
qp	=		21,839 106		= 54,39 кВт/м2.

		111,52 3600

388

Допустимое теплонапряжение рассчитаем по уравнению

qдоп = (tдоп − t)α2 φ1 φ2 ,

где tдоп

–

допустимая температура стенки, tдоп = 950 ° С.

t –

температура продукта,

ϕ 1 –

учитывает равномерность обогрева,

зависит от конструкции

печи, φ1 = 0,55 ,

ϕ 2 –

учитывает равномерность обогрева,

зависит от типа горелоч-

ного устройства,

φ2 = 0,98 ,

Wг dвн

где ϑ –

коэффициент кинематической вязкости, рассчитываемый для

смеси бензина и водяного пара:

Wг′ =

, Wг′′=

′

′′

3600

ρг Fтр

3600ρг Fтр

Wг′

8500

= 154, 64

м/ с,

1, 265

0, 01207

3600

Wг′′

8500

= 179, 96

м/ с.

1, 087

0, 01207

3600

Из справочника Варгафтика:

С8Н18 Н20

µ630 = 17, 22 10−6 Па с, µ630

= 33,81 10−6 Па с,

µ780 = 20, 21 10−6 Па с, µ780 = 39,35 10−6 Па с,

ϑ 630

0, 625 17, 22 10−6

0,375 33,81 10−6

= 24, 05 10−6 м2 / с,

3, 796

0,599

ϑ 780

0, 625 20, 21 10−6

0,375 39,35 10−6

= 32, 63 10−6 м2 / с.

3, 255

0,514

389

С учетом полученных значений:

154, 64 0,124

= 0, 797 106 ,

630

24, 05 10−6

179, 96 0,124

= 0, 683 106 .

780

32, 63 10−6

Используем следующее уравнение подобия:

PrC

0,25

Nu =

0, 021 Re0,8ж Prж0,43

Prж

где число Прандтля для среды принимаем Pr = 0,8

≈ 1 .

, а

Prж

Тогда число Нуссельта составляет:

Nu630

= 0, 021 (0, 797 106 )0,8 0,80,43

= 1003,96 ,

Nu750

= 0, 021 (0, 683 106 )0,8 0,80,43

= 887, 33 .

Известно, что

Nu =

α2 dвн

λж

Отсюда

α2 = Nu λж .

dвн

Коэффициент теплопроводности λж потока среды находим по формуле

λж = ∑ gi λi ,

где λi для компонентов смеси находим из справочных таблиц.

С8Н18 Н20

λ630 = 8,31 10−2 Вт/ м К, λ630 = 10, 26 10−2 Вт/ м К, λ 780 = 8,39 10−2 Вт/ м К, λ 780 = 10, 41 10−2 Вт/ м К.

390

<<< < Предыдущая 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 3839 / 4139 40 41 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги