Тепловой расчет [7]

2.7 Тепловой расчет [7]

Цель: Определить количество подводимого тепла, а также рассчитать необходимую поверхность теплообмена холодильника.

Исходные данные для расчета:

Количество исходных газов (этилен и бутен-1), поступающих в реактор складывается из следующих значений: m_эт = 260000 кг/ч = 72,22 кг/с и m_бут = 6240 кг/ч = 1,73 кг/с, количество их на выходе из реактора с учетом пошедших газов на получение полиэтилена (см. материальный баланс):

m_эт = 65,50 кг/с; m_бут = 1,597 кг/с.

Тепловой баланс процесса полимеризации имеет следующий вид:

Q₁ = Q₂ + Q₃ + Q_пот – Q₄ ,

где Q₁– количество тепла, подводимое с циркуляционным газом, кДж/с;

Q₂– количество тепла, уходящее с полиэтиленом при выгрузке, кДж/с;

Q₃– количество тепла, уносимое с циркуляционным газом, кДж/с;

Q₄ – тепловой эффект реакции, кДж/с;

Q_пот – потери тепла в окружающую среду, кДж/с.

Количество тепла, приходящее с циркуляционным газом, определяется формуле:

Q₁ =∑G_i•C_i•t_ЦГ ,

где G_i - секундный расход газов, входящих в циркуляционный газ:

G_эт = 72,22кг/с – секундный расход этилена;

G_бут = 1,73кг/с – секундный расход бутена-1;

C_i – теплоемкость газов:

С_эт = 1,92 кДж/кг•град – этилена;

С_бут = 1,90 кДж/кг•град – бутена-1;

t_ЦГ = 363 К – температура циркуляционного газа на входе в реактор.

Количество тепла, приходящее с этиленом:

Q_{3 эт} = 72,22• 1,92 •363 = 50334,45 кДж/сек,

с бутеном: Q_{3 бут-1} = 1,73• 1,90• 363 = 1193,20 кДж/сек

Всего газом приходит:

Q₃ = Q_{3 эт} + Q_{3 бут-1} = 51527,63 кДж/сек

Количество тепла, уходящего в окружающую среду Q_пот принимаем равным 3% от теплового эффекта реакции [6]:

Q_пот =3% • Q₄

Тогда тепловой баланс приобретает следующий вид:

Q₁ = Q₂ +Q₃ – 0,97Q₄

Тепловой эффект реакции определяется по формуле [8]:

Q₄ = G_пэ •q_Р ,

где G_пэ = 6,85кг/сек – секундная производительность по полиэтилену;

q_Р = 345 кДж/кг – тепловой эффект реакции полимеризации [2].

Q₄ = 6,85•345 = 2363,25 кДж/с

Q_пот = 0,03 •2363,25 = 70, 9 кДж/сек

Количество тепла, уходящее с полиэтиленом при выгрузке определяется [4], пренебрегая количеством тепла, уносимым порошком вместе с газом, т.к. его количество очень мало:

Q₂ =G_пэ•C_пэ•t_пэ ,

где G_пэ = 6,85 кг/с – секундная производительность по полиэтилену;

C_пэ = 2,01 кДж/кг•град – теплоемкость порошка полиэтилена [9];

t_пэ – температура выгружаемого порошка полиэтилена

Q₂ = 6,85•2,01•373 = 5135,65 кДж/с.

Количество тепла, уносимое с циркуляционным газом, также определяется формулой:

Q₃ =∑G_i•C_i•t_ЦГ ,

где G_i - секундный расход газов, входящих в циркуляционный газ:

G_эт = 65,50 кг/с – секундный расход этилена;

G_бут = 1,597 кг/с – секундный расход бутена-1;

C_i – теплоемкость газов:

С_эт = 1,92 кДж/кг•град – этилена;

С_бут = 1,90 кДж/кг•град – бутена-1;

t_ЦГ = 378 К – температура циркуляционного газа при выходе из реактора.

Количество тепла, уносимое с этиленом:

Q_{3 эт} = 65,497• 1,92 •378 = 47535,21 кДж/с,

с бутеном:

Q_{3 бут-1} = 1,60• 1,90• 378 = 1149,12 кДж/с

Всего газом уносится:

Q₃ = Q_{3 эт} + Q_{3 бут-1} = 48684,33 кДж/с.

Полученные данные подставим в уравнение теплового баланса:

Q₁ = Q₂ +Q₃ – 0,97Q₄

Q₁ = 5135,65 + 48684,33 – 0,97• 2363,25 = 51527,63 кДж/с,

что подтверждает выполнение равенства.

Правильность выполнение теплового баланса подтверждается результатами таблицы теплового баланса

Таблица 2.6

Сводная таблица теплового баланса

Тепловой расчет теплообменника

Исходные данные к расчету:

t₁= 373К – температура воде на входе в теплообменник;

t₂ – температура на выходе из теплообменника;

t₃ = 293К – температура умягченной воды в нормальных условиях;

д_ст = 3 мм – толщина стенки трубки;

л_ст = 17,5 Вт/(м•К) – коэффициент теплопроводности трубок.

Рассчитаем температуру циркуляционного газа:

Коэффициент теплопередачи:

,

где б₁ – коэффициент теплоотдачи от этилена стенкам, Вт/(м²•К)

б₂ – коэффициент теплоотдачи от стенок воде, Вт/(м²•К).

Определение режима течения воды осуществляем по формуле:

,

где d₁= 0,025 м – наружный диаметр трубы;

н₁ = 1 м/сек – скорость воды;

с₁ = 998 кг/м³ –плотность воды;

м₁ = 1,005•10^-3 Па•с – вязкость воды при 20⁰С.

Значение Re > 10000, значит критерий Nu определяем по формуле:

,

Где El = 1,18 – поправочный коэффициент;

Pr – критерий Прандтля.

Для нагревающихся жидкостей:

где С_Р = 4,19 кДж/(кг•К) – удельная теплоемкость воды при 20⁰С;

л_В = 59,9•10^-2 Вт/(м•К) – коэффициент теплопроводности воды при 20⁰С;

Определяем режим течения этилена:

,

где d₂= 0,019 м – внутренний диаметр трубы;

н₂ = 10 м/сек – скорость газа;

с₂ = 1,26 кг/м³ –плотность этилена при 100⁰С;

м₂ = 0,013•10^-3 Па•с – вязкость этилена при 100⁰С.

Значение Re > 10000, то:

,

где El =1,1 – поправочный коэффициент;

0,028 – атомность этилена.

л_ЭТ = 0,267 Вт/(м²•К) – коэффициент теплопроводности этилена.

 Вт/(м²•К)

3. Определяем расчетную площадь поверхности теплопередачи [8]:

где Q – тепловая нагрузка, кДж/час;

q – удельный тепловой поток, кДж/(м²•час).

q = К•∆Т_СР,

где

 - средняя разность температур

∆Т_Б = t₁ –t₃ = 373 – 293 = 80К

∆Т_М = t₂ –t₃ = 363 – 293 = 70К

Тогда

q = 781,25•75 = 5,86•10⁴ кДж/(м²•час)

Q = Q₁•3600 = 51527,63• 3600 = 18,5•10⁷ кДж/час,

Требуемая поверхность теплообмена – 384 м².

Выбираем холодильник циркуляционного газа одноходовой кожухотрубчатого типа:

Длина – 18205 мм;

Диаметр – 1981 мм;

Температура до 200 ⁰С;

Давление трубное – 3,1 МПа;

Давление межтрубное – 0,8 МПа;

Поверхность теплообмена 3500м².

Похожие работы

Методы мотивации персонала в организации на примере пансионата "Буран"

Скачать

33872

0

0

... – создание соответствующих условий работы и точная постановка задачи. Внешнее вознаграждение обеспечивает организация. Примеры внешних вознаграждений – зарплата, продвижение по службе, символы служебного престижа, похвалы и признание, а также дополнительные выплаты и отпуска. 1.2 Содержательные теории мотивации Иерархия потребностей по Маслоу, доработанная психологом из Гарварда, Мурреем, ...

Управление мотивацией персонала (на материалах ООО "Нижпласт")

Скачать

143127

15

9

... 36 6 36,0 34,0 Премиальная часть оплаты труда 51 54 3 64,1 66,1 Всего 81 90 9 100,0 100,0 2.3. Основные формы материальной и нематериальной мотивации персонала в ООО «Нижпласт» В управлении персоналом ООО «Нижпласт» выделяются следующие группы методов: • Административно- организационные методы управления: 1. Регулирование взаимоотношений сотрудников посредством ...

Особенности системы мотивации персонала ООО "Окна Саратова"

Скачать

123135

11

6

... , об изменениях в соответствующих секторах рынка, об ожидаемых перспективах, намечаемых действиях, успешности их реализации. В результате проведенного исследования системы мотивации персонала на «Окна Саратова» мы выяснили, что в максимальном усовершенствовании и коррекции нуждаются используемые социально-психологические методы. Можно выделить три основных направления усовершенствования ...

Мотивация персонала

Скачать

172057

14

9

... -психологических методов и концепций управления персоналом на предприятии. Можно выделить три основных направления усовершенствования использования социально-психологических методов в мотивации персонала: ·     Поддержание благоприятного психологического климата в коллективе, ·     Развитие системы управления конфликтами, ·     Формирование и развитие организационной культуры. Рассмотрим ...