Примеры и задания по процессам и аппаратам нефтегазопереработки и нефтехимии. Учебно-методическое пособие

В.Д. ИЗМАЙЛОВ Н.Е. ЧЕРНЫШОВА

ПРИМЕРЫ И ЗАДАНИЯ ПО ПРОЦЕССАМ И АППАРАТАМ

НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ И НЕФТЕХИМИИ

Учебно-методическое пособие

Самара

Самарский государственный технический университет

2015

0

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

К а ф е д р а химической технологии и промышленной экологии

В.Д. ИЗМАЙЛОВ Н.Е. ЧЕРНЫШОВА

ПРИМЕРЫ И ЗАДАНИЯ ПО ПРОЦЕССАМ И АППАРАТАМ

НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ И НЕФТЕХИМИИ

Учебно-методическое пособие

Самара Самарский государственный технический университет

2015

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

УДК 665.62(075.8) ББК 35.514я73 И37

Измайлов В.Д.

И37 Примеры и задания по процессам и аппаратам нефтегазоперера-

ботки и нефтехимии: учебно-методическое пособие / В.Д. Измайлов, Н.Е. Чернышова. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2015. – 99 с.

Представленный материал поможет студентам в приобретении теоретических знаний и практических навыков по тепловым и гидромеханическим процессам дисциплины «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии».

Приведены варианты расчетных заданий и примеры расчета теплофизических свойств газов и жидкостей, тепловых балансов процессов теплообмена, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, гидравлического сопротивления теплообменников, процессов горения топлива, очистки пылегазовых смесей и разделения суспензий.

Каждая тема практического занятия включает рассмотрение теоретических положений расчетной части и числовой пример расчета типового задания.

Имеются вопросы для самоконтроля и подготовки к обсуждению результатов расчета.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 2-го и 3-го курсов дневного и заочного обучения по направлению 15.03.02 «Технологические машины и оборудование». Профиль подготовки «Оборудование нефтегазопереработки». Квалификация выпускника – бакалавр.

УДК 665.62(075.8) ББК 35.514я73 И37

Рецензент д-р техн. наук С.Б. Коныгин

©В.Д. Измайлов, Н.Е. Чернышова, 2015

©Самарский государственный технический университет, 2015

2

Условные обозначения

̅– массовая доля компонента в жидкой фазе x – мольная доля компонента в жидкой фазе

– массовая доля компонента в газовой (паровой) фазе y – мольная доля компонента в газовой (паровой) фазе М – молекулярная масса компонента ρ – плотность– относительная плотность

С – теплоемкость

μ– динамическая вязкость

–кинематическая вязкость λ – теплопроводность

P – давление насыщенных паров

Пт – давление паров смеси компонентов G – массовый расход

V – объемный расход

Lo – теоретический расход воздуха L – действительный расход воздуха В – расход топлива

dэ – диаметр эквивалентный dштуц – диаметр штуцера

H – высота

δст – толщина стенки трубы w – скорость потока

S – площадь сечения

F – поверхность теплообмена t – температура

∆tб – большая разность температур ∆tм – меньшая разность температур ∆tср – средняя разность температур τ – приведенная температура

Q – тепловой поток rисп – теплота испарения

rст – термическое сопротивление стенки

3

α – коэффициент теплоотдачи К – коэффициент теплопередачи

рн – объемная теплота сгорания топливарн – массовая теплота сгорания топлива Нt – энтальпия

∆P – гидравлическое сопротивление Re – критерий Рейнольдса

Pr – критерий Прандтля Nu – критерий Нуссельта Ar – критерий Архимеда Fр – фактор разделения

4

ВВЕДЕНИЕ

Цели освоения дисциплины «Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии» – формирование основ синтеза нефтехимических систем на основе типовых процессов, освоение стандартных методик их расчета, аппаратурного оформления типовых операций.

Предусматривается, что студенты на лекционных и практических занятиях ознакомятся с основными методами расчета тепловых и гидромеханических процессов, приобретут знания физических основ их протекания и математического описания.

Предлагаемые для самостоятельного выполнения индивидуальные расчетные задания позволят студентам осмыслить и закрепить теоретические знания процессов, выработать умения и навыки выполнения основных технологических расчетов промышленного оборудования, окажутся полезными при выполнении курсовых и выпускных работ и будут способствовать умению пользоваться справочной литературой.

Данное учебно-методическое пособие предназначено для организации самостоятельной работы и текущей аттестации студентов при выполнении индивидуальных расчетных заданий по темам практических занятий по тепловым и гидромеханическим процессам.

Приведены варианты расчетных заданий и примеры расчета теплофизических свойств газов и жидкостей, тепловых балансов процессов теплообмена, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, гидравлического сопротивления теплообменников, процессов горения топлива, очистки пылегазовых смесей и разделения суспензий.

Каждая тема включает в себя рассмотрение теоретических положений с использованием лекционного материала и рекомендуемой литературы. Кроме того, приводится решение типового примера расчета по данной теме и вопросы для самоконтроля.

Настоящее пособие призвано также обеспечить равномерность и систематичность самостоятельной работы по дисциплине.

5

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1.Системы единиц измерения и их соотношения. Свойства индивидуальных газовых компонентов и их смесей.

2.Теплофизические свойства жидкостей и их смесей. Свойства нефти и нефтепродуктов.

3.Расчет свойств для построения графика температурного напора процессов теплообмена.

4.Тепловой баланс процессов нагрева, испарения и перегрева паров органической жидкости.

5.Расчет однофазного теплообмена.

6.Расчет теплообмена с изменением агрегатного состояния вещества. Конденсация и испарение.

7.Расчет гидравлического сопротивления теплообменика. Конструктивное оформление теплообменных процессов.

8.Расчет теплоты сгорания топлива, процессов горения, расхода топлива.

9.Расчет гидромеханических процессов.

6

Тема 1. СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ И ИХ СООТНОШЕНИЯ. СВОЙСТВА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ

ГАЗОВЫХ КОМПОНЕНТОВ И ИХ СМЕСЕЙ

1.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При разработке химико-технологических систем и проектировании технологического оборудования необходимо иметь сведения о теплофизических и физико-химических свойствах перерабатываемых веществ. К приоритетным относятся опытные данные о свойствах веществ, которые приводятся в различных справочных изданиях [1-5] в широких температурных интервалах. Необходимые промежуточные значения находятся интерполяцией или экстраполяцией.

При отсутствии опытных данных свойства определяются расчетными методами [1, 6]. В учебном пособии предусматривается получение расчетных величин свойств в единицах системы СИ. Все свойства рассчитываются при заданной или средней температуре.

1.1.1.Способы выражения состава фаз двухкомпонентных систем

Используемые в пособии способы выражения концентраций в различных фазах представлены в табл. 1.1, остальные более полно приведены в пособии [3].

Таблица 1.1

Способы выражения концентраций

7

Для пересчета массовых концентраций в мольные используется следующее уравнение:

Во многих расчетах приходится использовать молекулярную массу смесей жидкостей или газов, которая определяется по правилу

При рабочих условиях (t; P) используется следующая формула:

1.1.3. Теплоемкость газовой (паровой) смеси [Дж/(кг·К)]

Расчет проводится по уравнению для вычисления идеально-

1.1.4. Вязкость (динамическая) газовой (паровой) смеси [Па·с]

По вязкости при 0 ° С можно определить вязкость при любой температуре:

1.1.5. Теплопроводность газовой (паровой) смеси [Вт/(м·К)]

где µ и Ср берутся при данной температуре, а В' – константа, учитывающая атомность газа; k – показатель адиабаты.

Следует учитывать, что теплопроводность не подчиняется правилу аддитивности, поэтому после расчета через массовые и мольные доли для смеси газов (паров) используется меньшее значение:

9