Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о

• Название: процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
• Анкор: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Дата: 05.05.2018
• Размер: 2.36 Mb.
• Имя файла: Процессы и аппараты нефтегазо- переработки.docx
• Тип: Документы; #18896
• страница: 3 из 60

Материальный (или тепловой) баланс может быть составлен в виде уравнений, таблиц или схем с указанием соответствующих потоков вещества (или тепла). ^{3 4}

1. 
   Материальный и тепловой балансы процесса
   

   Наименование продуктов (веществ), потоков	Условное обозначе ние	Плот ность, кг/м		Температура, °С	Энталь пия, кДж/кг	Поток массы, кг/ч	Поток тепла. Вт
   Приход
   Нефть	и		Рн	'н	£н	°н	Q' VH о' хгс
   Горячая струя	ГС		Ргс	*;с	Ко	g;c
   Охлаждение	Охл		Рохл	Охл	*охл	G' охл	^ОХЛ
   Итого						ЕС'	Е Q'
   Расход
   Газ	Г		Рг	t" Г	с	о;	€
   Бензин	п		Рг,	с о	Q
   Мазут	м		Рм	' С'	Г м	Ч’	'q;'
   Горячая струя	ГС		Ргс	Кс	1 1 с	°';с
   Охлаждение	Охл		Рохл	f охл	*охл	°охл	О" ^охл
   Потери	Пот		Рлот	с пот	Чот	G" пот	Q" ^-пот
   Итого						Е G"	Е Q"

2. 
   
   

потокам массы, так л по отдельным веществам (компонентам) или видам атомов, например по углероду, водороду и т. и.

Материальный и энергетический балансы, составленные для всего аппарата (процесса), позволяют рассчитать внешние потоки, входящие в данную систему и покидающие ее.

сечении 1—1 и отбросим одну из частей. Так как обе части аппарата связаны внутренними потоками, заменим ими действие отброшенной части на оставшуюся (рис. 1-4). Теперь для любого из двух вариантов, представленных на рис. 1-4, можно составить уравнения материального и теплового балансов, аналогичные уравнениям балансов для внешних потоков. Например, для части аппарата

134. 
     
     
135. 
     Рис. 1-4. Схема для опредеюпмя инугрснных лптскои: а — вариант первый; б — вар'лиг второй.
     

выше сечения 1—1 (вариант I) балансы вещества и тепла будут выглядеть следующим образом:

а) материальный баланс

£0'+С= £g"+Z. (1.3)

б) тепловой баланс

£ Q' + Gi_a = £ Q" + U_L (1,4)

При известных энтальпиях внутренних потоков i_G и i_L из выражений (1,3) и (1,4) находим потоки L и G. Проведя аналогичные расчеты для нескольких сечений аппарата, получим величины потоков в пределах контактной зоны аппарата, определяющие размеры соответствующих его сечений.

Необходимо подчеркнуть, что для выявления изменений величин внутренних потоков по высоте аппарата надо обязательно составлять как материальные, так и тепловые балансы для различных сечений аппарата, поскольку эти изменения величин потоков обусловлены изменением их теплофизических свойств (плотности, теплоемкости, скрытой теплоты испарения) вследствие изменения температур, давлений и составов.

1. 
   СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ
   

109. 
     В октябре 1960 г. в Париже на XI Генеральной конференции по мерам и весам была принята и уточнена на последующих ГК.МВ универсальная для всех отраслей пауки и техники между
     
110. 
     народная система единиц. Сокращенное название новой системы единиц SI (Systeme International (d’Unites). Эта система предусмотрена стандартом СЭВ (СТ СЭВ 1052—78) «Единицы физических величин», введенным в действие непосредственно в качестве ГОСТа СССР с 1 января 1980 г.
     
111. 
     В качестве основных в СИ приняты следующие семь единиц:
     
112. 
     метр (м) — единица длины;
     
113. 
     килограмм (кг) — единица массы;
     
114. 
     секунда (с) — единица времени;
     
115. 
     ампер (А) — единица силы тока;
     
116. 
     моль (моль) — единица количества вещества;
     
117. 
     Кельвин (К) — единица термодинамической температуры; Кандела (кд) — единица силы света.
     
118. 
     Кроме того, для измерения углов приняты две дополнительные единицы:
     
119. 
     радиан (рад) — единица плоского угла; стерадиан (ср) — единица телесного угла.
     
120. 
     Наряду с единицами СИ допускается применять также следующие единицы: массы—тонну; времени—сутки, час, минуту; плоского угла — градус, минуту, секунду; объема — литр; температуры — градус Цельсия. Временно допускается применять следующие единицы: частоты вращения — оборот в секунду, оборот в минуту; давления — бар.
     
121. 
     Кроме термодинамической температуры, служащей для измерения абсолютных температур, существует международная практическая температурная шкала, утвержденная в 1967 г. XIII Генеральной конференцией по мерам и весам. Соотношение температур по международной практической температурной шкале равно
     
122. 
     Т =/ + 273,15 «/+ 273 (1,5)
     
123. 
     где Г и / — температуры в К и “С, соответственно.
     
124. 
     При практических измерениях температур используют градусы Цельсия.
     
125. 
     Кратные и дольные единицы СИ. Кроме основных единиц, в практике измерений удобнее применять более крупные (кратные) или более мелкие (дольные) единицы, которые образуют умножением исходных единиц на число 10 в соответствующей степени (табл. 1-2). Приставки рекомендуется выбирать таким образом, чтобы числовые значения величин находились в пределах 0,1 — 1000. Приставку для образования кратных или дольных единиц следует добавлять к наименованию только грамматической основы слова системной единицы; две приставки применять не разрешается. Например, нельзя употреблять такие термины: мегакилометр, мегакилограмм и т. п.
     
126. 
     Производные единицы. Кроме основных применяют также производные единицы для измерения производных величин: пло-
     
127. 
     
     136. 
          Некоторые приставки и^множители для^образования десятичных кратных н дольных единиц
          

          Приставка	Обозначение	Множитель, на который умножают основную единицу	Приставка	Обозначение	Множитель, на которым умножают основную единицу
          Тера	т	1012	Санти	С	Ю-2
          Гига	г	10е	Милли	М	10-3
          Мега	м	10*	Микро	МК	10-6
          Кило	К	103	Нано	П	10-»
          Гекто	Г	ю2	Пи ко	П	10-12
          Дека	да	ю1	Фемто	Ф	Ю-ы
          Деци	Д	10-1	Атто	а	10-1а

     137. 
          
          
     
     
     
128. 
     щади, объема, скорости, ускорения, плотности, работы (энергии) и т. д.
     
129. 
     Единица площади — квадратный метр (м²);
     
130. 
     » объема — кубический метр (м³);
     
131. 
     » скорости — метр в секунду (м/с);
     
132. 
     » ускорения — метр на секунду в квадрате (м/с²);
     
133. 
     » плотности — масса тела в единице его объема (кг/м³);
     
134. 
     удельный вес — вес единицы объема тела (Н/м³).
     
135. 
     Механические единицы. Единица силы называется ньютон (Н)— сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с² в направлении действия силы.
     
136. 
     Из второго закона Ньютона 1 Н =1 кг-1 м/с² = 1 кг-м/с². Единица работы (энергии) — джоуль (Дж) — работа, производимая силой 1 Н при перемещении точки ее приложения на расстояние 1 м в направлении действия силы
     
137. 
     1 Дж = 1 Н-1м = 1 Н-м
     
138. 
     Единица мощности — ватт (Вт) соответствует работе в 1 Дж, выполненной за 1 секунду
     
139. 
     1 Вт = -у^= 1 Дж/с
     
140. 
     За единицу давления принято давление, оказываемое силой 1 Н по нормали к поверхности площадью 1 м². Эта единица называется паскаль (Па): 1 Н/м² = 1 Па. Во многих технологических расчетах эта единица оказалась слишком малой и поэтому применяют более крупные единицы с приставками кило и мега.
     
141. 
     Единица динамической вязкости — паскаль-секунда — это динамическая вязкость среды, касательное напряжение в которой при ламинарном течении слоев с разностью скоростей 1 м/с, на-
     
142. 
     
     
143. 
     
     

144. 
     ходящихся на расстоянии [1 м по нормали к направлению скорости
     
145. 
     
     1 кг 1 м/с² 1 с
     Гм²
     
     1 Па-с
     1 кг/(м-с)
     
146. 
     Следует иметь в виду, что единица динамической вязкости достаточно крупная и поэтому рекомендуется использовать дольные единицы, например с приставкой милли.
     
147. 
     Единица кинематической вязкости — квадратный метр в секунду — кинематическая вязкость среды с плотностью 1 кг/м^:‘, имеющей динамическую вязкость 1 Па с
     
148. 
     1 _Mv_r _ ^{1 Па с} ₌ ¹ '<г/(м с)
     
149. 
     ' 1 кс/м³ 1 кг/м³
     
150. 
     Тепловые единицы. Единицей измерения тепла, как и любого другого вида энергии, в СИ является джоуль (Дж).
     
151. 
     Единица энтальпии — тепловой энергии в единице массы вещества — джоуль на килограмм (Дж/кг) или килоджоуль на килограмм (кДж/кг).
     
152. 
     Единица теплопроводности — ватт па метр К [Вт/(м-К)1- Единица коэффициента теплопередачи (теплоотдачи) — ватт па квадратный метр К [Вт/(м² К)Ь
     
153. 
     Ниже приведены некоторые соотношения между единицами других систем и СИ: единицы длины
     
154. 
     1 см = 10

² м; 1 мм = 10³ м; 1 мкм == 10^а м; 1 А = 10'¹⁰ м единицы площади

1 см² == 10⁴ м²; 1 мм² = 10"⁶ м²

единицы объема

I см³ = 10-° м³; 1 л = 10--’ м³ = 1 дм³

единицы массы

1 г = 10³ кг; 1 т = 10³ кг; 1 т. е. м = 1 кгс-с²/м « 9,81 кг единицы частоты

1 Гц = 1 период/с единицы линейной скорости

1 км/ч « 0,278 м/с; 1 м/мин « 0,0167 м/с единицы частоты вращения

1 об/мин = —■ рад/с «0,105 рад/с

единицы плотности

1 г/см³ = 10³ кг/м³; 1 г/мл = 10³ кг/м³; 1 кг/л «Ю³ кг/м³ единицы механической силы

1 дин = 10'^ Н; 1 кгс « 9,81 Н

166. 
     Единицы давления, механического напряжения
     
167. 
     1 бар = 10⁵ Па; 1 ат = 1 кгс/см² =735,6 мм рт. ст. =
     
168. 
     =- iO м вод. ст. к; 9,81 ■ 10⁴ Па « 0,1 МПа 1 бар; 1 атм = 1 физ. ат =
     
169. 
     -•= 1,033 кгс/см^а =760 мм рт. ст. = 10,33 м вод. ст.я=! 10,13 10⁴ Па;
     
170. 
     1 мм рт. ст. = 133,3 Па; 1 кгс/м² = 1 мм вод. ст. яа 9,81 Па; ‘
     
171. 
     1 дин/см² =0,1 Па
     
172. 
     единицы динамической вязкости
     
173. 
     1 П =0,1 Па с =0,0102 кгс-с/м* единицы кинематической вязкости
     
174. 
     1 Ст = Ю^-4 м²/с единицы работы, энергии
     
175. 
     1 эрг = 10⁷ Дж; 1 кВт- ч =3,6 МДж; 1 ккал «г 4,19 кДж единицы мощности, теплового потока
     
176. 
     1 эрг/с = 10⁷ Вт; 1 л. с. ^ 0,736 кВт; 1 ккал/ч = 1,163 Вт
     

2. 
   ПОНЯТИЕ О МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ
   

177. 
     При разработке промышленных аппаратов для осуществления соответствующих процессов необходимо располагать основными закономерностями, определяющими размеры аппарата и его производительность при заданных требованиях к качеству получаемых продуктов.
     
178. 
     Основой получения этих закономерностей является эксперимент, базирующийся на глубоком знании существенных стадий процесса. Это позволяет моделировать процессы и аппараты и осуществлять процессы на установках сравнительно небольшого масштаба. Затем данные, представленные в виде уравнений, графиков или таблиц, можно использовать для расчетов промышленных аппаратов.
     
179. 
     Моделирование может быть физическим, гидравлическим и математическим.
     
180. 
     Физическое моделирование заключается в исследовании основных закономерностей процесса на реальных рабочих системах и при рабочих параметрах, которые предполагается поддерживать в промышленных условиях. Установка, на которой выполняют физическое моделирование, отличается размерами от крупной установки. Конструкции аппаратов также могут быть непохожими на промышленные. На модельной установке варьируют основные рабочие параметры процесса (температуру, давление, концентрацию, скорость потоков и т. д.), чтобы выяснить взаимосвязь между ними.
     
181. 
     Гидравлическое моделирование осуществляется на специальных стендах, включающих фрагменты основных рабочих элементов в натуральную величину. В качестве рабочих сред используют модельные системы: воду, воздух, песок и т. п. При гидравлическом моделировании выявляют закономерности, определяющие величину сопротивления и производительность аппарата для различных типов контактных устройств. Используя данные физического и гидравлического моделирования, можно выбрать опти- мал8ные условия процесса и размеры аппарата.
     
182. 
     Математическое моделирование стало возможным в связи с широким использованием электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Этот вид моделирования является ценным дополнением физического и гидравлического моделирования.
     
183. 
     Под математическим моделированием понимают разработку и анализ систем уравнений процесса при соответствующих начальных и граничных условиях с целью выявления оптимальных условий проведения процесса или работы аппарата. Использование этого метода предполагает достаточно глубокое знание основных закономерностей процесса (работы аппарата).
     
184. 
     Математическое моделирование включает следующие основные этапы:
     
185. 
     а) составление систем уравнений, начальных и граничных условий;
     
186. 
     б) анализ систем уравнений с применением ЭВМ (деформация модели);
     
187. 
     в) корректировка параметров уравнений модели на основе данных физического и гидравлического моделирования;
     
188. 
     г) проверка соответствия модели реальному объекту (проверка адекватности модели и объекта).
     
189. 
     Этап, связанный с деформацией модели, позволяет выявить, как те или иные переменные влияют на конечные показатели процесса (выход продуктов, степень конверсии сырья, чистоту продуктов и т. д.) и отобрать наиболее важные. Этот этап в какой- то мере дополняет физический эксперимент, но ни в коей мере не заменяет его. После этапа деформации модели физическое и гидравлическое моделирование может быть выполнено более целенаправленно и при меньшем объеме экспериментов.
     
190. 
     Поскольку математическое моделирование основывается на данных экспериментов, возникают этапы, требующие уточнения параметров уравнений модели для использования их при расчетах промышленных объектов. На этих этапах математического моделирования широко привлекаются данные, полученные на аналогичных укрупненных или промышленных установках.
     
191. 
     Для получения расчетных зависимостей экспериментальные данные обрабатывают с привлечением критериев подобия, позволяющих применять уравнения ко всему классу подобных процессов (аппаратов). Если уравнения модели достаточно хорошо разработаны и представлены в форме, удобной для расчетной инженерной практики, то определяют параметры соответствующих уравнений на основе экспериментальных данных.
     
192.