Примеры и задания по процессам и аппаратам нефтегазопереработки и нефтехимии. Учебно-методическое пособие
.pdf
|
|
|
|
Таблица 8.2 |
Средние удельные массовые теплоёмкости газов Ср, кДж/(кг·К) |
||||
|
|
|
|
|
Темп./комп. |
СО2 |
Н2О |
N2 |
O2 |
200 |
0,910 |
1,894 |
1,043 |
0,935 |
|
|
|
|
|
250 |
0,930 |
1,912 |
1,046 |
0,943 |
|
|
|
|
|
300 |
0,949 |
1,929 |
1,049 |
0,950 |
|
|
|
|
|
350 |
0,969 |
1,939 |
1,053 |
0,957 |
|
|
|
|
|
400 |
0,988 |
1,948 |
1,057 |
0,965 |
|
|
|
|
|
500 |
1,013 |
1,978 |
1,066 |
0,979 |
|
|
|
|
|
Теплоёмкость продуктов сгорания в кДж/(кг·К) при температуре t с использованием значений теплоёмкости из табл. 8.2 рассчитывается
по уравнению |
|
Сt= ¦СО: ,=±: + ¦Н:О·,²:± + ¦z:·,z: + ¦О:·,±:. |
(8.15) |
Энтальпия продуктов сгорания при температуре t рассчитывается |
|
по уравнению |
|
Ht = Ct·t/1000, МДж/кг. |
(8.16) |
Энтальпия продуктов сгорания рассчитывается для всех температур, указанных в табл. 8.2. Затем строится график зависимости энтальпии от температуры Ht = f(t).
8.1.4. Определение характеристик печи и расхода топлива
Полезная тепловая нагрузка на перегрев насыщенного пара находится по уравнению
Qполез. =G·(Hвп2 – Hвп1)·10-3, МВт. |
(8.17) |
Коэффициент полезного действия печи определяется по формуле
н |
(8.18) |
ηп= 1 – ( Нп.с./ Q̅р) – qпот., |
где Нп.с. – энтальпия продуктов сгорания при температуре дымовых газов, покидающих печь (берётся из графика Ht = f(t), рис. 8.1) при за-
данной температуре дымовых газов; qпот.= 0,08 – |
удельная величина |
потерь тепла в окружающую среду. |
|
Расход топлива находится по формуле |
|
н |
(8.19) |
В =Qполез./( Q̅р·qпот.), кг/с. |
|
50 |
|
Рис. 8.1. Зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры
51
8.2. Числовой пример расчета (табл. 8.3)
|
|
|
|
|
|
Таблица 8.3 |
|
|
|
Последовательность и результаты расчета (вариант 26) |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Величина |
Формула |
Числовые значения |
|
Результат |
||
|
|
|
|
|
|
|
расчета |
|
Объёмная теплота |
(8.1) |
Qнр = 35,84·0,897+63,8·0,06+91,32·0,037 + 118,73·0,005+146,1·0,001 |
|
40,095 |
||
|
сгорания |
|
|
|
|
|
|
|
Молекулярная масса |
(8.2) |
Мт = 16,0·0,897+30,1·0,06+44,1·0,037+58,1·0,005+72,2·0,001 |
|
18,15 |
||
|
Плотность при н/у |
(8.3) |
|
ρ0 = 18,15/22,4 |
|
0,810 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Массовая теплота |
(8.4) |
|
|
H |
|
49,5 |
|
|
|
|||||
|
сгорания |
|
Qp =40,095/0,810 |
|
|
||
|
С, % мас. |
(8.5) |
С = 12,01/18,15·(1·89,7+2·6+3·3,7+4·0,5+5·0,1) |
|
76,30 |
||
|
|
|
|
|
|
||
52 |
Н, % мас. |
(8.6) |
Н = 1,008/18,15·(4·89,7+6·6+8·3,7+10·0,5+12·0,1) |
|
23,91 |
||
|
|
Проверка 76,30 + 23,91 = 100,21 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
Теоретический расход |
|
|
|
|
|
|
|
воздуха |
(8.7) |
L0 = 0,115·76,30 + 0,345·23,91 |
|
17,024 |
||
|
Действительный |
|
|
|
|
|
|
|
расход воздуха |
(8.8) |
|
L= 1,08·17,024 |
|
18,39 |
|
|
Масса продуктов |
(8.9) – |
¦=±: = 0,03667·76,30 |
|
2,798 |
||
|
сгорания |
(8.12) |
¦²:± = 0,090·23,91 |
|
2,152 |
||
|
|
|
|
14,121 |
|||
|
|
|
¦z = 1,08·17,024·0,768 |
|
|||
|
|
|
|
0,316 |
|||
|
|
|
¦±: = 17,024·(1,08-1)·0,232 |
|
|
||
|
Общая масса прод.сгор. |
(8.13, |
mп.с.= 2,798 + 2,152 +14,121 + 0,316 |
|
19,387 |
||
|
|
8.14) |
Проверка 1+1,08·17,024 |
|
19,386 |
||
|
|
|
52 |
|
|
|
|
Окончание табл. 8.3
|
Величина |
Формула |
|
Числовые значения |
Результат |
|
|
|
|
|
расчета |
|
Теплоёмкость продуктов |
|
С200 = 2,798·0,910+2,152·1,894+14,121·1,043+0,316·0,935 |
21,65 |
|
|
сгорания |
(8.15) |
С250 = 2,798·0,930+2,152·1,912+14,121·1,046+0,316·0,943 |
21,78 |
|
|
|
|
С300 |
= 2,798·0,949+2,152·1,929+14,121·1,049+0,316·0,950 |
21,92 |
|
|
|
С350 |
= 2,798·0,969+2,152·1,939+14,121·1,053+0,316·0,957 |
22,06 |
|
|
|
С400 |
= 2,798·0,988+2,152·1,948++14,121·1,057+0,316·0,965 |
22,19 |
|
|
|
С500 |
= 2,798·1,013+2,152·1,978++14,121·1,066+0,316·0,979 |
22,45 |
|
Энтальпия продуктов сго- |
|
|
Н200 = 21,65·200/1000 |
4,330 |
|
рания |
(8.16) |
|
Н250 = 21,78·250/1000 |
5,445 |
|
|
|
|
Н300 = 21,92·300/1000 |
6,576 |
|
|
|
|
Н350 = 22,06·350/1000 |
7,721 |
53 |
|
|
|
Н400 = 22,19·400/1000 |
8,876 |
|
|
|
Н500 = 22,45·500/1000 |
11,225 |
|
|
Полезная тепловая |
(8.17) |
|
Qполез. = 4·(4037 – 2777)·10-3 |
5,04 |
|
нагрузка |
|
|
|
|
|
КПД печи |
(8.18) |
|
ηп= 1 – (8,878/49,5) – 0,08 |
0,741 |
|
|
|
|
|
|
|
Расход топлива |
(8.19) |
|
В = 5,04/(49,5·0,741) |
0,137 |
|
|
|
|
|
|
53
|
|
|
|
|
Таблица 8.4 |
|
Результаты расчета характеристик нагревательной печи |
||||
|
|
|
|
|
|
№ |
Qнр, |
mп.с., |
Нп.с.при зад.t, |
ηп |
В, |
вар |
МДж/кг |
кг/кг топлива |
МДж/кг |
|
кг/с |
26 |
40,095 |
19,387 |
8,876 |
0,741 |
0,137 |
|
|
|
|
|
|
Варианты характеристик работы трубчатой печи по перегреву насыщенного водяного пара приведены в прил. 8.
Вопросы для самоподготовки
1.Как рассчитывается объёмная теплота сгорания топлива?
2.Как рассчитывается мольная масса топлива и его плотность при нормальных условиях?
3.Как рассчитывается элементарный состав топлива?
4.От чего зависит теоретический и действительный расход воздуха?
5.Как рассчитывается общая масса продуктов сгорания?
6.Как рассчитывается теплоёмкость и энтальпия продуктов сгорания и как используется графическая зависимость?
7.От чего зависит полезная тепловая нагрузка печи?
8.От чего зависит КПД печи?
9.Как определяется расход топлива?
54
Тема 9. РАСЧЕТ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
9.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПЫЛЕОСАДИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ
Расчёту подвергается пылеосадительная камера для очистки вентиляционного воздуха от пыли [3].
Секундный объём воздуха при рабочих условиях определяется по
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V =V0·T/273, м3/с, |
|
(9.1) |
|||||||
где V0 – заданный расход воздуха при нормальных условиях, м3/с. |
|
||||||||
Свойства вентиляционного воздуха при рабочих условиях: |
|
||||||||
ρв =1,293·273/Т, кг/м3; |
|
(9.2) |
|||||||
μв 17,5 ∙ 10KO ∙ |
&I% |
∙ 6 |
5 |
7 ,8 |
, Па·с. |
(9.3) |
|||
5 " |
|
||||||||
|
%& |
|
|
||||||
Для обеспечения нормального осаждения скорость потока не |
|||||||||
должна превышать значения [3]: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
wmax= 3,6· |
|
¥ч |
, м/с, |
|
(9.4) |
||||
|
|
||||||||
|
‡ |
|
¥в |
|
|
||||
где d – диаметр частицы, м; ρч – заданная плотность осаждаемой частицы, кг/м3.
Для исключения уноса взвешенных частиц действительная ско-
рость должна составлять |
|
w =d·wmax·0,25, м/с. |
(9.5) |
Время пребывания воздуха в камере определяется по формуле |
|
τ =L/w, с, |
(9.6) |
где L – длина осадительной камеры, м.
Теоретическая скорость осаждения по уравнению Стокса при d≤100 мкм:
³ T ∙ ∙ |
'WчKWв( |
, м/c. |
(9.7) |
L∙Vв |
Следует провести проверку правильности применения формулы Стокса:
´µ Ÿ)VQWв в š 0,2;
-r Q]∙Wч∙Wв∙¶ š 3,6.
V:в
55
(9.8)
(9.9)
Определяется действительная скорость осаждения частиц пыли:
wос. = w0·0,5, м/с. |
(9.10) |
Расстояние между полками определяется по формуле |
|
h = wос.·τ, м. |
(9.11) |
Необходимая суммарная поверхность осаждения: |
|
Fo= V/wос., м2. |
(9.12) |
Необходимое количество полок определяется по формуле |
|
N =Fo/(L·B), шт., |
(9.13) |
где В – ширина камеры, м. |
|
Высота пылеосадительной камеры определяется по уравнению |
|
H = N·(h + 0,01), м. |
(9.14) |
56
9.2. Числовой пример расчета (табл. 9.1)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9.1 |
|
|
Последовательность и результаты расчета (вариант 26) |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формула |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результат |
|
Величина |
|
|
Числовые значения |
|
|
|
|
расчета |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход и свойства |
(9.1, 9.3) |
|
|
|
|
V = 0,5·423/273 |
|
|
|
|
|
0,775 |
|
|
воздуха |
|
|
|
ρв = 1,293·273/423 |
|
|
1,5 |
|
0,834 |
||||
|
|
|
µ в = 17,5 10 |
-6 |
|
|
|
|
|
-6 |
||||
|
|
|
|
|
·(397/(423+124))·(423/273) |
|
|
24,5·10 |
||||||
|
Кинетические |
(9.4) –(9.10) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,748 |
|
w |
= 3,6·√20·10-6· |
KO |
L |
|
|
|
|||||||
|
характеристики |
|
max |
|
|
|
‡20 ∙ 10 |
|
∙ ,L&" |
|
|
|
|
|
|
осаждения |
|
|
|
|
|
w = 0,25 · 0,748 |
|
|
|
|
|
0,187 |
|
|
|
|
|
|
|
|
τ = 4 / 0,187 |
|
|
|
|
|
21,4 |
|
57 |
|
|
w0 = 9,81·202·(10-6)2·(1800 – 0,834) /(18 ·24,5·10-6) |
0,016 |
||||||||||
|
|
Re = 0,016·20·10-6·0,834/(24,5·10-6) |
|
|
|
0,0109 ≤ 0,2 |
||||||||
|
|
|
3 |
-6 |
3 |
|
|
2 |
-6 |
2 |
) |
0,196 ≤ 3,6 |
||
|
|
|
Ar = ·20 ·(10 |
|
) ·1800·0,834·9,81/(24,5·(10 |
) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
woc.= 0,5·0,016 |
|
|
|
|
|
0,008 |
|
|
Характеристики |
(9.11) – (9.14) |
|
|
|
|
h = 0,008·21,4 |
|
|
|
|
|
0,17 |
|
|
осадительной |
|
|
|
|
Fo= 0,777 / 0,008 |
|
|
|
|
|
96,9 |
||
|
камеры |
|
|
|
|
|
N = 96,9 /(4·4) |
|
|
|
|
|
6,06~6 шт. |
|
|
|
|
|
|
H = 6·(0,17 +0,01) |
|
|
|
|
|
1,05~1,1м |
|||
57
|
|
|
|
|
|
Таблица 9.2 |
|
|
Результаты расчета характеристик осадительной камеры |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
µ в·106, |
τ, |
Re |
Ar |
N, |
|
Нкам., |
вар |
Па·с |
с |
|
|
шт. |
|
м |
26 |
24,5 |
21,4 |
0,011 |
0,196 |
6 |
|
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Варианты условий и характеристик осаждения для расчета пылеосадительной камеры приведены в прил. 9 (табл. П9.1).
Вопросы для самоподготовки
1.Как определяются рабочие характеристики вентиляционного воздуха?
2.Как обеспечить условия нормального осаждения и определить действительную скорость и время осаждения?
3.По какому уравнению определяется теоретическая скорость осаждения и как проверяется правильность его применения?
4.Как находятся основные характеристики пылеосадительной камеры?
5.Как влияют характеристики воздуха, плотность и размер осаждаемой частицы на скорость осаждения?
9.3. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСАДИТЕЛЬНОЙ ЦЕНТРИФУГИ
Расчёт плотности суспензии осуществляется по уравнению |
|
|||||
ρс |
Wт∙Wв |
|
|
, кг/м3, |
(9.15) |
|
|
( |
|
||||
|
' |
|
∙lт |
|
|
|
|
WтK |
WтKWв |
|
|
||
где ρт и 2т – плотность (кг/м3) и концентрация твердой фазы (мас. доли)
всуспензии; ρв – плотность воды при температуре суспензии находится
в[5, 8]. Массовый расход суспензии определяется по формуле
G =V·ρc, кг/ч, |
(9.16) |
где V – заданный объёмный расход суспензии, м3/ч.
Для выявления расчетных характеристик разделяемой суспензии составляется табл. 9.3.
Массовые и объёмные характеристики рассчитываются с использование массового расхода и плотностей суспензии, воды и твёрдой
58
фазы. Массовые расходы округляются до 1 кг/ч, а объёмные расходы до 0,001 м3/ч.
|
|
|
|
Таблица 9.3 |
|
Характеристики разделяемой смеси |
|
||
|
|
|
|
|
Компоненты |
Массовые характеристики |
Объёмные характеристики |
||
|
|
|
|
|
|
Расход, |
Мас. доля, |
Расход, |
Объём. доля, |
|
кг/ч |
хi |
м3/ч |
Ji |
Вода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Твёрдая фаза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суспензия |
|
1,000 |
|
1,000 |
|
|
|
|
|
Объёмное количество твёрдой фазы рассчитывается исходя из её массы и плотности, а количество воды находится по разности.
Расчёт вязкости суспензии проводится по уравнению
µ с =µ в·(1 + 2,5·Jт), Па·с, |
(9.17) |
||||
где µ в – вязкость воды при данной температуре; Jт – |
объёмная доля |
||||
твёрдой фазы в суспензии. |
|
|
|
|
|
Вязкость воды при температуре суспензии находится в [5,8]. |
|||||
Расчёт критерия Архимеда для заданной крупности частиц нахо- |
|||||
дится по уравнению |
] ' |
( |
|
|
|
|
∙Wс∙¶ |
|
|
||
-r |
·к∙ WтKWс |
š 3,6, |
(9.18) |
||
|
Vс: |
|
|||
где δк – |
крупность (или диаметр) твёрдых частиц, м. |
|
||||
Скорость осаждения рассчитывается по уравнению |
|
|||||
|
|
|
: ' |
( |
¶ |
|
|
³ос |
·к∙ WтKWс |
(9.19) |
|||
|
LV¸ . |
|||||
Средний диаметр потока жидкости в барабане определяется по |
||||||
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
Dcp=0,88·D, м, |
(9.20) |
||||
где D – |
максимальный внутренний диаметр ротора, м. |
|
||||
Фактор разделения при среднем диаметре находится по формуле: |
||||||
|
•р |
¹: E: ¡ср |
, |
(9.21) |
||
|
|
|
¶ |
|||
где n=N/60 – число оборотов ротора в с, а N – число об./мин.
59