Расчет тепловой нагрузки при конденсации

₁ = G₁∙r_см,

_см = 1357,8 кДж/кг.

Тогда Q₁ = (1529,4 ∕ 3600) ∙ 1357,8 = 576,8 ∙ 10³ Вт.

11. Расход тепла на охлаждение конденсата до 40˚С

_нк конденсации t_кк Q_охл = G₂∙С_ж∙(85 - 30)

 

→ 85 85 → 40

40 ← t_х t_х ← 20_конд = 576,8 ∙ 10³ Вт С_ж = 2,3255 кДж ∕ кг∙К

Тогда Q_охл = (1529,4 ∕ 3600) ∙ 2,3255 ∙ (85 - 40) = 54,3 ∙ 10³ Вт.

Общая тепловая нагрузка:

= Q_конд + Q_охл

= 576,8 ∙ 10³ + 54,3 ∙ 10³ Вт = 631,1 ∙ 10³ Вт

В качестве теплоносителя используется техническая вода с t_нач. = 20˚С и t_кон. = 40˚С.

Расчет расхода воды:_в = Q ∕ 4,19 ∙ (40 - 20) = 631100 ∕ 4190 ∙ (40 -20) = 15,1 кг/с

Расчет температуры хладоагента при конденсации:

_конд = G_в∙С_в∙(40 - t_конд);

 

= 15,1 ∙ 4190 ∙ (40 - t_к);

(40 - t_к) = 576800 ∕ 63269;_конд = 22˚С.

12.Определение поверхности теплообменника при температуре конденсации

160 → 85

40 ← 22

_∆t_б = 160 - 40 = 120˚С

_∆t_м = 85 - 22 = 63˚С

_∆t_ср, = (120 + 63) ∕ 2 = 91,5˚С

t_2ср = (22 + 40) ∕ 2 = 31˚С

t_1ср = t_2ср + _∆t_ср = 31 + 91,5 = 122,5˚С

 

Тогда F₁ = Q_конд ∕ К_пр ∙ _∆t_ср;

 

F₁ = 576800 ∕ 900 ∙ 91,5 = 7,0 м².

13.Определение поверхности теплообмена для охлаждения конденсата.

85 → 40

22 ← 20

_∆t_б = 85 - 22 = 63˚С

_∆t_м = 40 - 20 = 20˚С

 

_∆t_ср, = (_∆t_б - _∆t_м) ∕ ln [_∆t_б ∕ _∆t_м] = (63 - 20) ∕ ln [63 ∕ 20] = 37,5˚С

 

t´_2ср = 21˚С

 

t´_1ср = t´_2ср + _∆t_ср = 21 + 37,5 = 58,5˚С

Тогда F₂ = Q_охл ∕ К_пр ∙ _∆t´_ср;

 

F₂ = 54300 ∕ 250 ∙ 37,5 = 6,8 м².

Общая поверхность теплообмена:

 

F = F₁ + F₂ = 7,0 + 6,8 = 13,8 м².

 

Принимаем двухходовой конденсатор-теплообменник с плавающей головкой F = 16 м².

Д_кож = 400 мм, n = 100, l = 3 м.

d_тр = 25 х 2 мм

S_тр = 0,014 м², S = 0,02 м².

Расчет коэффициента теплоотдачи воды (межтрубное пространство)

14.Расчет объемного расхода.

_в = G_в ∕ ρ_в = 15,1 ∕ 996 = 0,0152 м³/с.

 

15.Расчет скорости движения по трубам:

_в = V_в ∕ S_м/тр = 0,0152 ∕ 0,02 = 0,76 м/с.

 

16.Расчет критерия Рейнольдса (Rе):

Rе = W_в∙d∙ρ_в ∕ μ = 0,76 ∙ 21 ∙ 10^-3 ∙ 996 ∕ 0,85 ∙ 10^-3 = 18701,4.

 

1. Расчет критерия Прандтля (Ρr):

 

Ρr = С_в∙μ ∕ λ_в = 4190 ∙ 0,85 ∙ 10^-3 ∕ 0,525 = 6,8.

 

2. Расчет критерия Нуссельта (Νu):

 

Νu = 0,021∙ Rе^0,8∙Ρr^0,43∙(Ρе ∕ Ρr_ст)∙Е₁ = 0,021 ∙ 18701,4^0,8 ∙ 6,8^0,43 ∙ 1 ∙ 1 = 89,8.

 

1. Расчет коэффициента теплоотдачи воды:

 

α₁ = Nu∙λ_в ∕ d = 89,8 ∙ 0,525 ∕ 0,021 = 2245 Вт/(м²∙К).

 

2. Расчет коэффициента теплоотдачи при конденсации парогазовой смеси:

 

α₂ = 3,78 ∙Е₁∙λ_в∙ √ ρ_см²∙d∙n ∕ μ_см ∙ G,

 

α₂ = 3,78 ∙ 1 ∙ 0,473 ∙ √ 800² ∙25 ∙100 ∕ 259 ∙ 10^-6 ∙ 0,2846 = 4970,5 Вт/(м²∙К).

8. Коэффициент теплоотдачи:

К₁ = 1 ∕ 1 ∕ α₁ + σ_ст ∕ λ_ст. + r_загр.1 + r_загр.2 + 1 ∕ α₂;

 

К₁ = 1 ∕ (1 ∕ 2245 + 0,002 ∕ 45,5 + 1 ∕ 5800 + 1 ∕ 5800 + 1 ∕ 4970,5) = 942,5 Вт/(м²∙К).

Расчет коэффициента теплоотдачи для сконденсировавшихся продуктов

Расчет объемного расхода:

_см = G_см ∕ ρ_см = 0,43 ∕ 864 = 0,0005 м³/с.

 

Расчет скорости движения сконцентрированных продуктов:

= V_см ∕ S_см = 0,0005 ∕ 1,4 ∙ 10^-2 = 0,036 м ∕ с.

Расчет критерия Рейнольдса:

е = W∙d_экв∙ρ ∕ μ_см = 0,02 ∙ 0,0336 ∙ 860 ∕ 0,000541 = 1068,2._экв = (Д² - n∙d_н²) ∕ D + n∙d_н) = (400² - 100 ∙ 25²) ∕ (400 + 100 ∙ 25) = 33,6 мм.

 

Расчет критерия Прандля:

 

Ρr = С∙μ_см ∕ λ_см = 3813 ∙ 541 ∙ 10^-6 ∕ 0,453 = 4,56.

Так как Rе > 1000, то критерий Nu находим по формуле:

= 0,4∙E₁∙Re^0,6∙Pr^0,36∙(Pr ∕ Pr_ст)^0,25,

= 0,4 ∙ 0,6 ∙ 1068,2^0,6 ∙ 4,56^0,36 ∙ 1 = 29,5,

 

α₃ = Nu∙λ_в ∕ d = 29,5 ∙ 0,453 ∕ 0,0336 = 397,7 Вт/(м²∙К).

 

Расчет коэффициента теплоотдачи:

К₂ = 1 ∕ (1 ∕ 397,7 + 0,002 ∕ 46,5 + 1 ∕ 5800 + 1 ∕ 5800 + 1 ∕ 2245) = 260,5 Вт/(м²∙К).

Требуемая поверхность теплообмена:_1расч. = 576800 ∕ 942,5 ∙ 91,5 = 6,7 м²;_2расч. = 54300 ∕ 260,5 ∙ 37,5 = 6,0 м².

Запас поверхности теплообмена составляет:

- F_р ∕ F_р∙100% = [(16 - 12,4) ∕ 12,7] ∙ 100 = 26%

 

Расчет штуцеров

3. Диаметр штуцера для входа (выхода) воды:

_шт1 = √ V₁ ∕ (0,785∙W_шт1) = √ 0,015 ∕ (0,785 ∙ 1) = 0,146 м.

 

В соответствии с ГОСТ 1255 - 54 принимаем d_шт1 = 150 мм.

Уточнение скорости в штуцерах:

_шт1 = V₁ ∕ (0,785∙(W_шт1)²) = 0,0152 ∕ 0,785 ∙ 0,15² = 0,86 м/с.

 

4. Диаметр штуцера для конденсата:

_шт2 = √ V₂ ∕ (0,785∙W_шт2) = 0,0005 ∕ (0,785 ∙ 0,1) = 0,131 м.

 

В соответствии с ГОСТ 1255 - 54 принимаем d_шт2 = 150 мм.

Уточнение скорости конденсата в штуцерах:_шт2 = 0,000,5 ∕ 0,785 ∙ 0,15² = 0,028 м/с.

3. Диаметр штуцера для входа паров воды и бензина:

_шт3 = √ G ∕ (ρ∙ω) = √ 0,425 ∕ (0,31 ∙ 0,785 ∙ 50 = 0,186 м.

 

В соответствии с ГОСТ 1255 - 54 принимаем d_шт3 = 190 мм.

Гидравлический расчет конденсатора

5. Расчет гидравлического сопротивления трубного пространства конденсатора:

 

_∆Р = _∆Р_тр + ∑_∆Р_м.с.i,

 

где _∆Р_тр - сопротивление трения;

∑_∆Р_м.с.i - сумма местных сопротивлений.

 

_∆Р = λ_тр∙(Ζ∙L ∕ d_вн)∙(W² ∕ 2)∙ρ∙(Рr_ст ∕ Рr)^0,33;

 

_∆Р_тр = 0,023 ∙ (2 ∙ 2 ∕ 25 ∙ 10^-3) ∙ (0,76² ∙ 996 ∕ 2) + [2,5 ∙ (2 - 1) + 2 ∙ 2]

[996 ∙ 0,76² ∕ 2 + 3 ∙ 996 ∙ 0,86² ∕ 2] = 2715,2 Па

6. Расчет сопротивления межтрубного пространства:

 

_∆Р_м/тр = (3∙m∙(х + 1) ∕ Re_м/тр^0,2∙(ρ_м/тр ∕ W_м/тр ∕ 2) + 1,5∙(ρ_м/тр∙W_м/тр² ∕ 2) + 3∙(ρ_м/тр∙W_м/тр² ∕ 2).

Расчет числа рядов труб омываемых потоком в межтрубном пространстве:

= n ∕ 3 = 100 ∕ 3 = 5,8, принимаем m = 6.

 

Число сегментных перегородок Х = 6.

Скорость рассчитываем по формуле:

= (G_см ∕ ρ)∙S_м.тр = 0,1529 ∕ 0,31 ∕ 0,02 = 25 м/с.

 

Тогда _∆Р_м/тр = (3 ∙ 6 ∙ (6 + 1) ∕ 18701,4^0,2) ∙ (0,31 ∙ 25) ∕2 + 6 ∙ 0,76 ∙ 0,31 ∙ 25 ∕ 2) = 190,2 Па.

Общее гидравлическое сопротивление конденсатора теплообменника:

 

_∆Р = _∆Р_тр + _∆Р_м/тр = 2715,2 + 190,2 = 2905,4 Па

 

Подбор вспомогательного оборудования

7. Емкость для приема концентрированной смеси шлама и экстракта Е-7:

V = 370 ∙ 4 ∙ 1,15 ∕ 0,75 ∙ 864 = 4,5 м³;

Диаметр Д = 1200 мм;

Высота Н = 2000 м;

8. Емкость для приема сконденсировавшихся паров воды и бензина:

V = 956,5 ∙ 4 ∙ 8 ∙ 1,15 ∕ 0,75 ∙ 927 ∙ 8 = 6,5 м³;

Диаметр Д = 1600 мм;

Высота Н = 2000 м;

9. Емкость-отстойник бензина и воды:

V = 32 м³;

Диаметр Д = 2500 мм;

Длина цилиндрической части 5000 м;

10.Емкость для приема экстракта селективной очистки:

V = 46 м³;

Диаметр Д = 4000 мм;

Высота Н = 3000 м;

Давление раб - атмосферное

Подбор насосов

11.Насос для подачи смеси шлама и экстракта из мешалки М-1 в емкость Е-6.

Требуемая подача 12 м³/час;

Производительность 12,5 м³/час;

Мощность эл. двигателя - 4 кВт;

Напор - 32 м;

Тип насоса АХ-Е50-32-160-А-55-У2;

Температура смеси 40˚С.

12.Насос для подачи экстракта селективной очистки масел в мешалку М-1, количество - 2 шт.

13.Насос для подачи шлама в мешалку М-1,

количество - 2 шт.

Производительность 12,5 м³/час;

Напор - 32 м;

Мощность эл. двигателя - 4 кВт;

Тип эл. двигателя В100 S2;

Исполнения В3Г.

1. Насос для подачи смеси шлама и экстракта из Е-6 в испаритель И-1/1η2.

АХ-Е50-32-160-А-55-У2

Производительность 12,5 м³/час;

Напор - 32 м;

Температура смеси 40˚С.

Мощность эл. двигателя - 4 кВт;

Тип эл. двигателя В100 S2;

Исполнения В3Г;

Количество - 2 шт.

1. Вакуумный насос для создания вакуума в испарителе И-1/1 (И-1/2).

ВВН-3Н.

Производительность 3,2 м³/час;

Давление всасывания 0,35 кгс/см².

Мощность эл. двигателя - 7,5 кВт;

Частота вращения 1500 об/мин.

Тип эл. двигателя ВАО-51-4.

Количество - 2 шт.

2. Насос для подачи сконцентрированной смеси из мешалки М-2 на дезинтегратор Д-1/1 (Д-1/1).

А1 3В4/25-6,4/25-1

Производительность 6,8 м³/час;

Давление нагнетания 25 кгс/см².

Температура смеси 80˚С.

Мощность эл. двигателя - 7,5 кВт;

Тип эл. двигателя 2В112 М2У2,5.

Количество - 2 шт.

3. Насос для откачки готового продукта из Е-11 (12, 13) в резервуар 1В20/5-10/5К-1.

Производительность 10 м³/час;

Давление нагнетания 5 кгс/см².

Мощность эл. двигателя - 4 кВт;

Тип эл. двигателя 2В112 МВ6У2,5.