Курсовой проект АВО. курсач (Восстановлен). 1 Физикохимические основы процесса 2 Технология процесса
 Скачать 128.9 Kb.
|
 СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ Широкое распространение в промышленности получили аппараты воздушного охлаждения (АВО), в которых в качестве охлаждающего агента используется поток атмосферного воздуха, нагнетаемый специально установленными вентиляторами. Они относятся к теплообменному оборудованию и предназначены для охлаждения жидких и парообразных сред в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, конденсации смесей углеводородов. Использование аппаратов этого типа позволяет осуществить значительную экономию охлаждающей воды, уменьшить количество сточных вод, исключает необходимость очистки наружной поверхности теплообменных труб. Такие аппараты используются в качестве конденсаторов и холодильников. Аппараты воздушного охлаждения различного типа изготовляются по соответствующим стандартам, в которых предусмотрены большие диапазоны по величине поверхности, степени оребрения и виду конструкционного материала, используемого для их изготовления сталь различных марок, латунь, алюминиевые сплавы, биметалл. Цель: спроектировать аппарат воздушного охлаждения бензиновой фракции установки первичной перегонки Валанской нефти с целевым отбором бензиновой фракции производительностью 605 тыс. тон в год. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить нормативные документы по теме курсового проекта; выполнить расчет аппарата воздушного охлаждения, подобрать стандартное оборудование по каталогу; составить разделы по безопасной эксплуатации ; выполнить чертеж в соответствии с ГОСТом. 1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА Аппарат воздушного охлаждения – это система теплообменного устройства, специализирующаяся на конденсации и охлаждения парообразных, газообразных и жидких сред в технологических процессах для вывода продукта с оптимальной температурой с установки. Процесс происходит за счет хладагента - атмосферного воздуха. Данные аппараты рассчитаны на работу в широком диапазоне рабочих давлений. Давление аппарата определяет охлаждаемая среда и ее температура. Для регулирования расхода воздуха на секции АВО на вентиляторе устанавливается регулятор скорости вращения лопастей или частотной преобразователь, также регулировать объем подаваемого воздуха можно с помощью при помощи изменения угла поворота лопастей вентилятора или установки специальных жалюзийных устройств – расположены они сразу после теплообменных секций и регулируется вручную или электромеханического привода. Конструкции АВО и количество секций теплообмена могут быть различными, но принцип действия всегда остается одним и тем же. 2 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА АВО состоит из теплообменной секции аппарата и системы подачи хладагента, который включает в себя рабочее колесо вентилятора с электродвигателем, диффузор, коллектор вентилятора, предохранительную сетку, опорные металлоконструкции. Теплообменная секция аппарата представляет собой конструкцию из оребренных труб собранные в трубны решетки, при закреплении труб к трубным решеткам используется метод развальцовки или развальцовки с обваркой, к трубной решетки присоединяют коллекторы, крышки теплообменных секций к которым в свою очередь подводят трубопроводы подающие или отводящие охлаждаемую среду, оребрение трубы выполняется методом накатки аллюминиевой трубы на стальную трубу, чтобы позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи. Воздух в межтрубное пространство нагнетается лопастями рабочего колеса вентилятора, лопасти вентилятора закрыты циллиндрическим коллектором служащим для лучшей организации движения воздушного поток. Коллектор соединяется теплообменными секциями по средствам диффузора – форма которого способствует выравниванию потока воздуха по течению теплообменной секции. Диффузор и коллектор вентилятора крепятся к раме, на которую установлены теплообменные секции. Осевой вентилятор с приводом смонтирован на отдельной раме, поток воздуха проходя через оребрение труб нагревается, а продукт в трубном пространстве охлаждается и конденсируется. 3 МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ Исходные данные: производительность установки 605000 тонн в год; режим работы установки 340 дней; Цель: определить расход необходимых материальных потоков процесса. Материальный баланс ЭЛОУ представлен в таблице 3.1 Таблица 3.1 - Материальный баланс блока ЭЛОУ
Материальный баланс отбензинивающей колонны представлен в таблице 3.2 Таблица 3.2 - Материальный баланс отбензинивающей колонны
4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ Исходные данные: количество охлаждаемого бензинаG1 = 8500,77, кг/ч; относительная плотность бензина  = 701 кг/м3;начальная температура бензина t1' = 120, °С; конечная температура бензина  =60,°С; начальная температура воздуха (сухого) t'2 = 20,°С; конечная температура воздуха  =60, °С.Цель: Тепловая нагрузка определяется по формуле (1)  (1)где  - количество тепла, которое принимаем по заданию, ккал/ч;  ,  - теплосодержание бензина соответственно при температуре  =100 оС и  = 60 оС.Определяем по формуле Крега: Ниже ведется расчет по формуле Крега (2):  (ккал/кг) (2)где t - соответствующая (  и ) температура бензина, оС; - относительная плотность бензина при 15 оС, которая рассчитывается по формуле (3): , (3)где а - средняя температурная поправка на 1 оС = 0,000897 Находим:   = 60,36 ккал/кг (206,8 кдж/кг) = 28,3 ккал/кг (88,6 кдж/кг)Тогда:  (2326квт)Массовый и объемный расходы воздуха Из уравнения теплового баланса холодильника (4):  \ (4)Найдем:  (5)где  - количество воздуха, кг/ч; , - средние теплоемкости определяют по таблице 4.1  - конечная и начальная температура воздуха, оС (задаются в исходных данных)В таблице 4.1 задаются в исходные данные начальной и конечной температуры в воздухе Таблица 4.1 Средняя теплоемкость
G2 =  кг/чНаходят плотность воздуха при его начальной температуре  = 20оС и барометрическом давлении, равном нормальному  (по расчетным данным), из уравнения (6):  (6)где  - плотность воздуха при нормальных условиях,  (равна 1,293 кг/м3).Секундный расход воздуха найдем по формуле (7):  (7)По объему расходуемого воздуха и с учетом существующей производительности вентиляторов выбирают осевой вентилятор ЦАГИ УК-2 диаметром D=2,8 м с восемью лопатками. Действительный секундный расход воздуха при производительности вентилятора G = 250 ООО м3/ч находят по Vв.д =  = (м3/сек) (8)Характеристика труб Для дальнейшего расчета принимают один из приведенных видов трубы. Оребренная труба Материал трубы—бронза, материал оребрения—алюминий. Оребрение трубы произведено на алюминиевом слое, покрывающем бронзовую трубу. Наружный диаметр бронзовой трубы с алюминиевым покрытием (без ребер) D1 = 42 мм, наружный диаметр трубы по оребрению D2-59 мм, внутренний диаметр бронзовой трубы d = 32 мм. Толщина стенки бронзовой трубы об = 3 мм, толщина слоя алюминия 8а=2 мм. Шаг алюминиевых ребер 5Р = 3,5 мм. Толщина ребра вверху  2 = 0,5 мм, внизу 1 = 1 мм (основание). Количество спиральных витков ребер, приходящееся на 1 м длины трубы, Х=290.  Рисунок 1 - Оребренная труба Л-алюминий; Б-бронза Коэффициент теплоотдачи со стороны бензина Определяют физические параметры бензина при его средней температуре в холодильнике. Среднюю температуру бензина определяют по формуле (9):  , (оС) (9) = 90 оСКоэффициент теплопроводности рассчитывают по формуле Крега (10):   Теплоемкость определяют по формуле (11):    Относительная плотность рассчитывается по формуле (12):   где  - средняя оt поправка на 1 оСКинематическую вязкость бензина при  оС примем по практическим данным: Определяют минимальную линейную скорость движения керосина в трубах холодильника по формуле (13), при которой обеспечивается устойчивый турбулентный поток, т.е. при которой  (принимается по практическим данным).Re  (13)Откуда:  (14) Обычно при расчете теплообменников принимается скорость жидкости внутри труб от 0,5 до 2,5 м/с. Для проектируемого холодильника выбираем скорость керосина  . Тогда: Reср.1  При Reср.1 ≥  для определения коэффициента теплоотдачи  со стороны бензина пользуются формулой (15): где  - критерий Прандтля при температуре  ; - критерий Прандтля при температуре стенки трубы со стороны бензина  ; Находят критерий Прандтля при температуре = 90о С по формуле (16):  где  ср.1 =  tср.1; - теплоемкость бензина при tср.1, ккал/кг*С - плотность бензина при tср.1, кг/м3.Предварительно принимаем (с последующей проверкой) температуру стенки трубы со стороны бензина = 90 оС.Находят физические параметры бензина при этой температуре:  ;  ; ;  .Тогда критерий Прандтля при по формуле (16): и коэффициент теплоотдачи со стороны бензина:  5. Коэффициент теплоотдачи  со стороны воздуха в случае применения гладких труб.Значение а2 при условии  0,7 (S1—шаг труб по ширине пучка, м;D1 —наружный диаметр трубы, м; S—шаг труб по диагонали; в нашем случае S=S1) определяется по формуле (17):  (17)где  – поправочный коэффициент, зависящий от числа вертикальных рядов nB труб в пучке, определяют по таблице 4.2,которая составлена на основе графика [10,с.129 и 414]; - коэффициент теплопроводности воздуха при его средней температуре tср.2;Pr-критерий Прандтля для воздуха при tср.2 ;  – скорость воздуха в сжатом (узком) сечении трубного пучка, м/сек; – кинематическая вязкость воздуха при tср.2 ,м2/сек.Таблица 4.2 – Поправочный коэффициент
Отечественная промышленность выпускает трубы длиной от 3 до 6 м. Для дальнейшего расчета примем фронтальное к потоку воздуха сечение аппарата LxB = 6x6 м2 с шагом труб по ширине пучка S1=0,06 м. Тогда находят по формуле (18):  = (18)Для конструктивного оформления трубного пучка определим величину шага труб по глубине пучка S2 в зависимости от S1. При шахматном расположении труб определяют по формуле (19):  (19) Определяют число труб в одном горизонтальном ряду пучка по формуле (20): B=(n-1)  +D1 (20)Получают :  (21) Таким образом, число nв вертикальных рядов при шахматном расположении труб будет больше 30, и коэффициент сz = 1,012. Определяют площадь сжатого (наименьшего) сечения в пучке труб, через которое проходит воздух по формуле (22):  (22) Скорость воздушного потока в сжатом сечении определяют по формуле (23):  (23)где  – действительный секундный расход воздуха (принимают равным 69,5).Средняя температура воздуха определяют по формуле (24):  = оС (24)Величины , v и Pr для воздуха при его средней температуре находят по таблице 4.1.Следовательно:  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
,