РАСЧЁТ ПАРОВОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ СЫРЬЯ. Расчёт парового подогревателя сырья
 Скачать 61.57 Kb.
|
|
РАСЧЁТ ПАРОВОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ СЫРЬЯ Разделяемую смесь можно подавать в ректификационную колонну в виде холодной, т.е. не кипящей жидкости, в виде жидкости, нагретой до температуры кипения, в виде парожидкостной смеси и в виде пара. В теории процесса ректификации строго доказывается, что из этих четырёх вариантов предпочтение следует отдать подаче в колонну сырья, нагретого до температуры начала кипения. При таком способе минимизируется объём колонны и снижаются энергетические затраты на процесс. Для нагрева сырья наиболее целесообразно использовать насыщенный водяной пар (НВП). Это самый распространённый технологический теплоноситель. Его теплота конденсации просто огромна – один килограмм пара даёт примерно 2000 кДж теплоты! На заводах или получают пар в собственных парогенераторах (паровых котлах), или используют пар, приходящий с теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Следует знать, что все предприятия химического профиля снабжаются электроэнергией от двух независимых источников, одним из которых как раз и является ТЭЦ. Энергетический цикл ТЭЦ предполагает образование большого количества тепловой энергии в виде пара и горячей воды, которые отправляются потребителям. Исходные данные на проектирование. Рассчитать подогреватель сырья ректификационной колонны. Состав сырья: гексан  57% масс., гептан  43% масс. Расход сырья G2=54000 кг/час. Температура сырья на входе в подогреватель t2н=300С. Температура выхода сырья из аппарата t2к равна температуре начала кипения ,т.е. сырье в колонну подается при температуре кипения смеси .Давление в зоне питания колонны Р=0,19 МПа. В качестве теплоносителя использовать насыщенный водяной пар. Давление пара выбрать и обосновать выбор.Расчёт Для расчѐта температуры начала кипения смеси требуется еѐ молярный состав. Для пересчѐта используется классическая формула, которая для двухкомпонентной смеси имеет вид:  где  – молярная доля первого компонента,  – молярная доля второго компонента;  – массовая доля первого компонента,  – – массовая доля второго компонента, М1 и М2 – молярные массы первого и второго компонентов. Присвоим компонентам нагреваемой смеси нижние индексы: первому компоненту (гексану) – «гкс», второму компоненту (гептану) – «гпт». Необходимые для расчёта молярные массы бензола Мгкс и Мгпт возьмем из пособия:для гексана Мгкс =86,18 , кг/ кмоль , для гептана Мгпт=100,2 кг/кмоль Теперь выполняем пересчѐт: = =0,61 Молярную массу второго компонента находим из простого соотношения: xгкс+xгпт =1,0; значит 1-xгкс=1-0,61=0,39 Определение температуры начала кипения смеси. В задании на проектирование указано, что температура жидкости на выходе из подогревателя (конечная температура t2к) равна температуре начала кипения tнк. Для нахождения этой температуры воспользуемся формулой (6.1). Необходимые для расчѐта давления паров гексана и гептана проще всего рассчитать по уравнению Антуана (6.3). Значения коэффициентов этого уравнения приведены в приложении 7. В главе 6 был описан алгоритм вычисления температура начала конденсации (температуры конца кипения – это одно и то же) по уравнению (6.2) методом линейной интерполяции. Сейчас мы снова применим этот метод, но использовать будем уравнение (6.1). 2.1. Ориентируясь на температуры кипения чистых гексана и гептана при атмосферном давлении (приложение 1), принимаем температуру 98 °С. 2.2. Для этой температуры по уравнению Антуана вычисляем давления пара гексана и гептана. Значения коэффициентов уравнения Антуана берѐм из приложения 7 и сводим в таблицу Значения коэффициентов уравнения Антуана
Давление пара гексана при 98 °С ln Pгкс =  = =7,46Pгкс =  =1745,57ln Pгпт = = =6,62Pгпт =  =747,27Для удобства расчѐтов переведѐм давление, при котором ведѐтся нагрев смеси, из паскалей в миллиметры ртутного столба Р=  =1425,36 мм рт.ст.,Где 133,3-число паскалей в 1 мм рт.ст. 2.4. Найдѐм значение суммы в уравнении изотермы жидкой фазы (6.1)  Получилось больше единицы .Значит в дробях необходимо уменьшить числители ,т.е. давления пара гексана и гептана. А это можно сделать повысив температуру. Принимаем второе значение температуры 110 °С и повторяем расчѐт: Pгкс =2357,65 мм рт.ст. Pгпт =1050,13 мм рт.ст.  0,93Теперь значение сумм оказалось меньше 1. При помощи метода линейной интерполяции находим значение искомой температуры:107 0С Выбор температуры и давления насыщенного водяного пара. В качестве греющего агента в задании указан насыщенный водяной пар, параметры которого необходимо выбрать самостоятельно. Для обеспечения эффективной передачи теплоты необходимо предусмотреть разность температур между теплоносителем и холодным потоком не менее 30÷50 °С. Слишком же большая разность – больше 50° – вызовет сильные температурные напряжения в аппарате и потребует установки температурных компенсаторов, что увеличит стоимость аппарата. В нашем примере конечная температура углеводородного сырья равна 107 °С. Следовательно, температура горячего потока должна быть не менее 137 °С. В практике теплоснабжения предприятий главным параметром насыщенного водяного пара является его давление, которое обычно имеет значения 1.0, 0.8, 0.6, 0.4, 0.3, 0.2 МПа. По приложению 9 принимаем в качестве теплоносителя насыщенный водяной пар давлением 0.3924 МПа (4 ат), который имеет температуру 143 °С. Так как температура одного из потоков – насыщенного водяного пара – постоянна , средняя разность температур не зависит от способа организации теплообмена Среднюю разность температур рассчитываем по формуле  0CФормирование банка теплофизических свойств веществ. Для дальнейших расчѐтов потребуются теплофизические свойства обоих потоков, которые зависят от температуры. Поэтому сначала необходимо найти средние температуры конденсата и углеводородного сырья. В нашем примере температура горячего потока постоянна, поэтому средняя температура холодного потока в соответствии с формулой составит величину t2ср =t1ср - ∆tср =143-78=650С Свойства индивидуальных компонентов холодного потока (гексан и гептан) найдѐм по приложениям 2÷5 и сведѐм в таблицу. При этом следует иметь в виду, что некоторые свойства (плотность, теплопроводность) мало зависят от температуры, и в инженерных расчѐтах нет смысла учитывать их изменения при изменении температуры на 3÷5 °С. |