7.1 Розрахунок та вибір пропанового холодильника-конденсатора установки низькотемпературної ректифікації вуглеводневого конденсату

Завдання 1 Розрахувати пропановий холодильник-конденсатор газу установки низькотемпературної ректифікації вуглеводневого конденсату за таких вихідних даних.

Склад сирого газу (с', мольні частки): CH₄ – 0,432; C₂H₆ – 0,154; C₃H₈ – 0,196; і-C₄H₁₀ – 0,056; н-C₄H₁₀ – 0,094; і-C₅H₁₂ – 0,025; н-C₅H₁₂ – 0,043.

Початкова температура вуглеводневої суміші , ⁰C, кінцева температура , ⁰C. Тиск газу; =3,92 МПа, кількість газу , т/год, тиск пропану на вході в апарат =0,15 МПа.

Гарячий теплоносій – газ у кількості - при температурі подається в трубний простір холодильника конденсатора та виводиться з нього при температурі . Холодний теплоносій – рідкий пропан у кількості - при температурі подається в міжтрубний простір апарата та виводиться з нього при температурі .

Таблиця — Варіанти завдання 1

Варіант	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
G1, т/год	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60
, 0C	21	28	23	30	25	22	27	24	29	26
, 0C	-6	-13	-8	-15	-10	-7	-12	-9	-14	-11

7.1.1 Поверхня теплообміну холодильника-конденсатора

Розрахункова поверхня теплообміну F_р , м²,[8]:

,

де – кількість тепла, що віднімається в холодильнику від газу, що конденсується (теплове навантаження), Вт; – коефіцієнт теплопередачі в конденсаторі-випарнику, Вт/(м²∙°С); – середній температурний напір,°С; – теплонавантаження поверхні теплообміну, Вт/м².

Для визначення кількості тепла, що віддається вуглеводневою сумішшю в холодильнику, необхідно знати її фазовий стан у частках газу та конденсату на вході та виході з апарата. Для цього треба розрахувати процес однократної конденсації вуглеводневої суміші за рівняннями [8]:

,

,

де , – мольні частки компонента у рівноважних рідкій і паровій фазах (визначаються для температур та ); с' – мольна частка компонента у сирому газі; е' – мольна частка пар у рівноважній газорідинній суміші (визначається при та ); K – константа фазової рівноваги компонента (визначається для зазначених температур та тиску ₁).

Розрахунок конденсації вуглеводневої суміші в етановій колоні проводиться методом послідовного наближення.

Кількість тепла Q₁, Вт, що віднімається в апараті від газу, розраховуємо за формулою [8]

,

де та – початкова та кінцева масові частки пар; – ентальпія парової фази при температурі , кДж/кг; – ентальпія рідкої фази конденсату при , кДж/кг; – ентальпія парової фази при температурі , кДж/кг; – ентальпія рідкої фази при температурі , кДж/кг.

Масові частки пар на вході та виході з апарата визначаються зі співвідношення

,

де М_у та М_с – середня мольна маса парової фази та сирого газу.