- •Системный анализ химико-технологических процессов
- •Введение
- •1. Основные принципы системного анализа
- •2. Общая характеристика хтс
- •Хтс как объект исследования
- •3. Графы и матрицы как средство структурного анализа хтс
- •Использование графов при геометрическом моделировании технологического оборудования
- •4. Применение графов для описания иерархических систем
- •5. Применение графов и матриц для описания конструктивных схем химических агрегатов
- •6. Элемент хтс и его характеристики
- •7. Технологическая структура хтс
- •8. Классификация переменных величин, характеризующих работу хтс
- •9. Свойства хтс
- •10. Задачи, решаемые при проектировании хтс
- •11. Методы расчета материальных и тепловых балансов хтс
- •11.1 Безитерационный декомпозиционный метод расчета разомкнутой хтс
- •11.2 Итерационный декомпозиционный метод расчета замкнутой хтс
- •Литература Литература основная
11.1 Безитерационный декомпозиционный метод расчета разомкнутой хтс
Рассмотрим пример декомпозиционного безитерационного метода расчета разомкнутой ХТС, представленной на рисунке 10.3. В расчете по заданным входным параметрам нагреваемой воды и отходящих газов требуется определить конструктивные и технологические параметры кожухотрубчатого теплообменника и скруббера.
Порядок расчета
Задание исходных данных:
- начальная температура газового потока;
- массовый расход газового потока;
- начальная температура воды;
- массовый расход воды (принимается исходя из нужд производства);
- конечная температура воды (принимается исходя из нужд производства);
- температура орошающей воды;
- зависимость теплоемкости воды от температуры;
- зависимость теплоемкости газового потока от температуры;
- начальная массовая концентрация твердой фазы в газовом потоке;
- конечная массовая концентрация твердой фазы в газовом потоке (принимается в соответствии с экологическими нормами);
- зависимость равновесной концентрации твердой фазы в газовом потоке от концентрации твердой фазы в жидкости;
- начальная массовая концентрация твердой фазы в орошающей воде;
- конечная массовая концентрация твердой фазы в орошающей воде (задаётся с учётом зависимостии вязкости получаемого раствора);
- начальная массовая концентрацияNO2в газовом потоке;
- конечная массовая концентрацияNO2в газовом потоке (принимается в соответствии с экологическими нормами);
- зависимость равновесной концентрацииNO2в газовом потоке от концентрацииNO2 в жидкости.
Определение выходных параметров 1-го элемента ХТС и входных параметров 2-го:
;;;;;
;;;;.
Где: - коэффициент и поверхность теплопередачи кожухотрубчатого теплообменника.
Определение выходных параметров 2-го элемента ХТС:
;;;.
;;;;;
Определим температуры газа и орошающей воды на выходе из скруббера принимая в первом приближении, что они равны:
.
Рис. 10. 3. Схема утилизации тепла и очистки отходящих газов, представленная ТО (а) и потоковым графом (б)
11.2 Итерационный декомпозиционный метод расчета замкнутой хтс
Рассмотрим пример декомпозиционного итерационного метода расчета замкнутой ХТС, представленной на рисунке 10.4.
Рис. 10.4. Схема утилизации тепла и очистки отходящих газов, представленная ТО (а) и потоковым графом (б)
Исходные данные и граничные условия расчета: ;;;
Задаваемые или принимаемые значения исходных данных:
- задается из условия предотвращения конденсации паров на выходе газа из трубного пространства кожухотрубчатого теплообменника;
- задается из условия создания достаточной движущей силы на выходе газа из трубного пространства кожухотрубчатого теплообменника (рекомендуется принимать на 3,С выше, чем);
на первом шаге итерации ();
,задаемся исходя из предварительного расчета гидродинамики пенного слоя,F– исходя из конструктивных соображений;
- задаемся исходя из предварительного расчета гидродинамики пенного слоя;
- задаемся исходя из потребности в горячей воде; в процессе расчета корректируется в зависимости от получаемого значения.
1. ;;;;;;.
2. ;.
3. с учётом равенстваполучим.
4. Система уравнений, описывающая процесс теплопередачи в скруббере 4:
При составлении системы уравнений были сделаны следующие допущения и упрощения:
температура пенного слоя определяется температурой орошающей жидкости ;
температура газа на выходе из скруббера на 3 градуса выше температуры орошающей жидкости (исходя из опыта эксплуатации аналогичных аппаратов);
гидродинамический режим пенного слоя близок к режиму идеального перемешивания.
С учетом сделанных допущений в системе уравнений остается всего два неизвестных параметра: и.
Решая последовательно и итерационно уравнения п.п. 1-4 можно найти искомые параметры расчета: - произведение коэффициента теплопередачи на поверхность теплопередачи кожухотрубчатого теплообменника и коэффициент кратности циркуляции -, обеспечивающий отсутствие конденсации на выходе газа из теплообменника 1.
Составив расчетную модель можно приступать к оптимизации технологической схемы.