Стадия обезвоживания и отгонки бензина

1. Определение количества тепла на нагрев исходного шлама до температуры начала кипения 85˚С

 

Q₁ = G_шл∙C_шл ∙ (85 - 20),

 

где G_шл - массовый расход шлама, кг

С_шл - удельная теплоемкость шлама, кДж/(кг К).

 

С_шл = Х_воды∙С_воды + Х_бенз∙С_бенз + Х_мас∙С_мас+ Х_тв.ф.∙С_тв.ф.,

 

где Х_воды, Х_бенз, Х_мас - массовые доли компонентов,

С_бенз, С_мас, С_тв.ф. - удельные теплоемкости компонентов шлама.

 

С_шл = 0,2 С_воды + 0,15С_бенз + 0,53 С_масл + 0,12 С_тв.ф.;

С_бенз = Х_гепт∙С_гепт + Х_окт∙С_окт = 0,5 ∙ 2,304 ∙ 0,5 ∙ 2,346 = 2,3255 кДж/(кг∙К)

С_масл = Х_ф∙С_ф + Х_эйк∙С_эйк + Х_ГДСП∙С_ГДЦП =

,1 ∙ 1,3726 + 0,3 ∙ 2,4689 + 0,6 ∙ 2,3985 = 2,317 кДж/(кг∙К)

 

Тогда С_шл = 0,2 ∙ 4,19 + 0,15 ∙ 2,3255 + 0,53 ∙ 2,317 + 0,12 ∙ 0,812 =

,5124 кДж/(кг∙К)

Находим Q₁ = 4333 ∙ 2,5124 ∙ (85 - 20) = 707604,9 кДж

или Q₁ = 707604,9 ∕ 3600 = 196,6 кВт

 

Определение расхода тепла на испарение воды и бензина растворителя

Q₂ = G₂∙r_cм,

 

где Q₂ - состав и количество паровой фазы, кг

r_cм - удельная теплота парообразования смеси, кДж/кг,

 

r_см = Х_в·r_в + X_бен·r_бен + X_мас·r_мас,

 

где X_в, X_бен, Х_мас - массовые доли компонентов смеси.

 

r_см = X_в·r_в + X_гепт·r_гепт + X_окт·r_окт + X_ф·r_ф + Х_эйк·r_эйк + Х_гдуп·r_гдуп =

= 0,558 · 2264 + 0,208 · 196,3 + 0,203 · 201,2 + 0,011 · 392,8 + 0,011 · 390,2 + 0,0091·407 = 1357,8 кДж/кг.

Тогда Q₂ = 1529,4 ∙ 1357,8 = 2076619,3 кДж

или Q₁ = 2076619,3 ∕ 3600 = 576,8 кВт.

3. Определение количества тепла на нагрев обезвоженного шлама

Q₃ = G₃∙C_шл (160 - 85),

 

G₃ - массовый расход обезвоженного шлама, кг.

 

C_шл = Х_в∙С_в + Х_бен∙С_бенз + Х_тв.ф.∙С_тв.ф.,

 

где С_шл = 0,0042 ∙ 4,25 + 0,002 ∙ 2,514 + 0,005 ∙ 2,43 + 0,0754 ∙ 1,493 +0,24 ∙ 2,715 + 0,4874 ∙ 2,616 + 0,186 ∙ 0,812 = 2,2252 кДж/(кг∙К)

тогда Q₃ = 2803,6 ∙ 2,2252 (160 - 85) = 467892,8 кДж

или Q₃ = 467892,8 ∕ 3600 = 130 кВт.

4. Определение общего количества тепла стадии:

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃

 

Q = 196,6 + 576,8 + 130 =903,4 кВт

Выбор конструкций и расчет основных аппаратов

Расчет роторно-пленочного испарителя

Расчет площади поверхности теплопередачи:

 

F = Q_исп ∕ К_пр∙_∆t_ср,

 

где Q_исп - количество тепла на испарение, кВт

К_пр - принимаемый коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К)

_∆t_ср, - средняя разность температур горячего и холодного теплоносителя, К.

 

_∆t_ср, = (_∆t_б - _∆t_м) ∕ ln [_∆t_б ∕ _∆t_м] = (95 - 20) ∕ ln [95 ∕ 20] = 48,1˚С

 

Тогда F = 576800 ∕ 960 ∙ 48,1 = 14,5 м².

Принимаем F = 16 м².

Расчет коэффициента теплоотдачи в рубашке α ₁:

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара в рубашке рассчитывается по формуле:

 

α₁ = 0,943 [(λ_к³∙ρ_к∙(ρ_к - ρ_n)∙q∙r ∕ μ_к(t_n - t_r.ст.)∙Н)]^0,25,

 

где λ_к - теплопроводность конденсата, λ_к¹⁸⁰ = 0,675 Вт ∕ (м∙К);

ρ_к - плотность конденсата, ρ_В¹⁸⁰ = 887 кг/м³;

ρ_n - плотность пара ρ_в.п.¹⁸⁰ = 5,145 кг/м³;

μ_к - динамическая вязкость конденсата, μ_к = 0,000153 Па∙с;- удельная теплота конденсации r_в.п.¹⁸⁰ = 2021000 Дж/кг;= 9,8 м/с²;_n = 180˚С;_r.ст = 172˚С;

Н = 9,5 м.

Тогда α₁ = 0,943 [0,675³ ∙ 887 (887 - 5,145) 9,8 ∙2021000∕ 0,153 ∙ 10^-3(180 - 72) 9,5]^0,25= 7559,7 Вт/(м²∙К)

Расчет коэффициента теплоотдачи α ₂

Коэффициента теплоотдачи α₂ рассчитывается по формуле:

 

α₂ = Nu ∙ λ ∕ σ,

 

где Nu - критерий Нуссельта,

λ - коэффициент теплопроводности, Вт ∕ (м∙К);

σ - толщина пленки, м.

= 0,089∙(Г/μ)^0,04 ∙ R_ец^0,6 ∙ Р_r^0,33 ∙(_∆R ∕ R)^-0,12 ∙ Z^0,05,

где Г - плотность орошения, кг/(м∙ч);

μ - динамическая вязкость, Па∙с;е_ц - центробежный критерий Рейнольдса;

Рr - критерий Прандля;

_∆R - зазор между лопастью и корпусом аппарата, [0,6 ÷ 2 мм];- радиус аппарата, м; - число лопастей.

Плотность орошения Г рассчитывается по формуле:

Г = 0,059 ∙ 10⁹ ∙ σ_х^3,6 ∙ μ_х^0,49

Г = 0,059 ∙ 10⁹ ∙ (17,3 ∙ 10^-3)^3,6 ∙ (0,25 ∙ 10^-3)^0,49 = 0,47 кг/(м∙с) = 1692 кг/(м∙ч)

Центробежный критерий Рейнольдса рассчитывается по формуле:

е_ц = (d² ∙ n ∙ ρ) ∕ μ,

 

где d - диаметр ротора, м;

n - частота вращенияе_ц = (0,7² ∙ 0,017 ∙ 890) ∕ (0,25 ∙ 10^-3) = 29654,8

Критерий Прандля рассчитывается по формуле:

 

Рr = с ∙ μ ∕ λ,

 

где с - удельная теплоемкость, Дж/(кг∙К).

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К).

Рr = 1927 ∙ 0,25 ∙ 10^-3 ∕ 0,093 = 5,2= 0,089 ∙(1692 ∕ 0,25 ∙ 10^-3)^0,04 ∙ 29654,8^0,6 ∙ 5,2^0,33∙(2 ∙ 10^-3 ∕0,7)^-0,12 ∙ 10^0,05 = 0,089 ∙ 1,876 ∙ 482,23 ∙ 1,72 ∙ 1,962 ∙ 1,122 = 304,9

Тогда α₂ = 304,9 ∙ 0,093 ∕ 0,0011 = 25778 Вт/(м²∙К)

Расчет коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле:

 

К = 1 ∕ 1∕ α₁ + ∑r_ст + 1∕ α₂),

 

где α₁ и α₂ - коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя соответственно, Вт ∕ м²∙К;

∑r_ст = сумма теоретических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений.

К = 1 ∕ (1∕ 7559,7 + 0,013∕ 46,5 + 1∕ 5800 + 1∕ 2900 + 1∕ 25778) = 975,2 Вт/м²∙К)

Тогда площадь поверхности теплообмена по расчету:

_расч. = Q_исп.∕ К ∙_∆t_ср

_расч. = 576800 ∕ 975,2 ∙ 48,1 = 14,0 м².

Так как F_р < F_пр, то аппарат проходит по конструкции.

 

(F - F_р ∕ F_р) ∙ 100 = (16 - 14) ∕ 14 ∙100 = 15%.

Расчет штуцеров

5. Диаметр штуцера для ввода водяного пара:

_в.п. = √V_в.п. ∕ 0,785∙W = √G_в.п. ∕ ρ_в.п. ∕ 0,789∙W

_в.п. = √0,151 ∕ 5,145 ∕ (0,789 ∙ 10) = 0,145 м.

По ГОСТ 3555-67 принимаем d_в.п. = 150 мм.

6. Диаметр штуцера для вывода конденсата:

_конд. = √G_в.п. ∕ ρ_конд. ∕ (0,785∙W) = √0,151 ∕ 889 ∕ 0,785 ∙ 0,3 = 0,065 м.

 

Принимаем по ГОСТ 355-67 d_конд. = 70 мм.

7. Диаметр штуцера для загрузки сырья:

_загр. = √V_см. ∕ (0,785∙W) = √G_см ∕ ρ_см ∕ (0,785∙W_см)

_загр. = √0,3813 ∕ 870 ∕ (0,785 ∙ 1) = 0,115 м.

Принимаем по ГОСТ 355-67 d_загр. = 135 мм.

8. Диаметр штуцера для вывода паров воды и бензина.

_вывода = √V_п ∕ (0,785∙W) = √0,425 ∕ 0,31 ∕ 0,785 ∙ 10 = 0,120 м.

 

Принимаем по ГОСТ 355-67 d_выв. = 125 мм.

9. Диаметр штуцера для подачи масляной фракции:

_под. = √G_т ∕ ρ_т ∕ (0,785∙W) = √1,2 ∕ 890 ∕ (0,785 ∙ 2) = 0,125

 

Принимаем по ГОСТ 355-67 d_под. = 125 мм.

Расчет конденсатора паров воды и бензина