Полезная поверхность одной трубы:
Fтр=π dl = 3,14· 14,6 · 0,152 = 5,05 м2
Число труб:
n = Нр.тр/ Fтр= 727,07 / 5,05 = 143,97 = 144 шт.
2.2.4 Расчёт конвекционной части печи
Процесс теплопередачи в конвекционной секции (камере) складывается из передачи тепла от газового потока к трубам конвекцией и радиацией. Основное влияние на передачу тепла имеет конвекционный теплообмен. Трубы в конвекционной камере принято располагать в шахматном порядке, так как в этом случае коэффициент теплопередачи при прочих равных условиях наибольший. Сырьем в конвекционной части является вода.
1. Тепловая нагрузка камеры конвекции
Qk = Qпр- Qр = 7703712кДж/ч
4. Средняя температура дымовых газов в конвекционной камере. Газы в конвекционную камеру входят с tп = 750°С, уходят с tух = 333°С (вычислены при расчёте радиантной камеры). Средняя температура tср=541,5°С.
5. Средняя логарифмическая разность температур между дымовыми газами и нагреваемым продуктом:
τср = (∆tв- ∆tн)/ (2,3 ·1g ∆tв / ∆tн)
750°С → 333°С
120°С←25°С
∆tв = 630°С; ∆tн =308°С.
τср = (630- 308)/(2,3 • lg 630/ 308) = 230°С
6. Задаются расстоянием между осями труб S1=0,250 м, числом труб в горизонтальном ряду n=6, диаметром труб d=0,134 м и определяют ширину камеры конвекции
Мк = S1 (n-1) + d + 0,05
Мк = 0,25(6- 1) +0,134+ 0,05 = 1,434м
7. Живое сечение камеры конвекции
fк = (Мк – nd)1пол = (1,434 – 6·0,134) 12 = 7,56 м2
8. Секундный расход дымовых газов
Gс = (1 +α-L0)В/3600,
где α - коэффициент избытка воздуха;
L0 - теоретический расход воздуха для сжигания 1 кг топлива,кг/кг.
Gс = (1 + 1,19 ·16,5669) 1039 / 3600 = 6 кг/с.
9. Массовая скорость дымовых газов
U = Gс / fк = 6 / 7,56 = 0,8 кг/(м2·с)
10. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к трубам (для шахматного расположения трубных пучков)
ак = 0,34ЕU0,6 / d0,4
Значение коэффициента Е=21,8 определяют по графику в зависимости от средней температуры дымовых газов tср=541°С.
ак = 0,34·21,8 · 0,80.6 / 0,1340.4 = 14,5 Вт/(м2·К).
11. Определяют коэффициент теплоотдачи трёхатомных газов
ар = 0,025 · tср – 2 = 0,025 · 541,5 – 2 = 11,5 Вт/(м2-К)
12. Коэффициент теплопередачи от дымовых газов
К= 1,1 -(ак + ар) = 1,1 ·(14,5 + 11,5) = 28,6 Вт/(м2·К)
13. Необходимая поверхность нагрева конвекционных труб
Нк.тр = Qк / К · τср,
где Qк- количество тепла, передаваемого в конвекционной камере сырью;
К - коэффициент теплопередачи от дымовых газов, Вт/(м2-К);
τср - средняя разность температур между дымовыми газами и
нагреваемым сырьём.
Нк.тр = 2139920 / 28,6 ·230 = 325,3 м2
14. Число труб в конвекционной камере
n = Нкт.р / πdlпол = 325,3 / 3,14*0,134*12 = 65 шт.
2.3 Расчет ректификационной колонны К-62.
Ректификационная колонна К-62 служит для выделения товарного этилбензола из алкилата.
Таблица 2.3
Требования к готовой продукции.
| Наименование продукта | Номер гос. стандарта | Показатели качества, надлежащие проверке | Норма | |
| Этилбензол технический | ГОСТ –9385 - 77 | 1. Внешний вид | Высший сорт | Первый сорт |
| Бесцветная прозрачная жидкость | ||||
| 2. Реакция водной вытяжки | Нейтральная | |||
| 3. Плотность при 20оС, г/см3 | 0,866-0,870 | |||
| 4. Массовая доля этилбензола, %, не менее | 99,80 | 99,50 | ||
| 5. Массовая доля изопропилбензола, %, не более | 0,01 | 0,03 | ||
| 6. Массовая доля диэтилбензола, %, не более | 0,005 | 0,005 | ||
Таблица 2.4
Состав питающего потока.
| №п/п | Наименование компонентов | мас.% | кг/ч |
| 1. | Бензол | 0,0000928 | 0,03 |
| 2. | Толуол | 0,01167 | 3,77 |
| 3. | Этилбензол | 85,235 | 27540,43 |
| 4. | О-ксилол | 0,0000928 | 0,03 |
| 5. | П-ксилол | 0,0000928 | 0,03 |
| 6. | М-ксилол | 0,0015 | 0,05 |
| 7. | Изопропилбензол | 0,0136 | 4,38 |
| 8. | н-Пропилбензол | 0,0177 | 5,72 |
| 9. | Этилтолуолы | 0,1346 | 43,5 |
| 10. | Диэтилбензолы | 13,3265 | 4305,96 |
| 11. | Бутилбензолы | 0,00176 | 17,17 |
| 12. | Триэтилбензолы | 0,9144 | 295,47 |
| 13. | Дициклы | 0,2911 | 94,06 |
| Итого | 100 | 32350 | |
Расчет колонны производится в программе DesignIIforWindows. Результаты представлены в таблицах.
Таблица 2.5
Технические характеристики колонны.
| Массовый расход сырья, кг/ч | 32350 |
| Массовый расход дистиллята, кг/ч | 27500 |
| Массовый расход кубовой жидкости, кг/ч | 4850 |
| Температура верха, °С | 139,7 |
| Температура низа, °С | 190 |
| Температура в конденсаторе, °С | 139,68 |
| Давление вверху колонны, кг/см2 | 1,03 |
| Давление в низу колонны, кг/см2 | 1,03 |
| Флегмовое число | 1,1 |
| Количество теоретических тарелок, шт. | 48 |
| Номер тарелки питания | 26 |
| Максимальный рассчитанный диаметр, м | 2,186 |
Таблица 2.6
Состав дистиллята.
| №п/п | Наименование компонентов | мас.% | кг/ч |
| 1. | Бензол | 0,00011 | 0,03 |
| 2. | Толуол | 0,014 | 3,8 |
| 3. | Этилбензол | 99,9 | 27512,5 |
| 4. | О-ксилол | 0,0001 | 0,0028 |
| 5. | П-ксилол | 0,0017 | 4,8 |
| 6. | М-ксилол | 0,000095 | 0,026 |
| 7. | Изопропилбензол | 0,0015 | 4,0 |
| 8. | Н-Пропилбензол | 0,012 | 3,2 |
| 9. | Этилтолуолы | 0,057 | 15,7 |
| 10. | Диэтилтолуолы | 0,000043 | 0,012 |
| Итого | 100 | 27550 | |
Таблица 2.7
Состав куба
| N п\п | Наименование компонента | мас. % | кг/ч |
| 1. | Этилбензол | 1,2 | 59,4 |
| 5. | Изопропилбензол | 0,01 | 0,39 |
| 6. | Н-Пропилбензол | 0,03 | 1,5 |
| 7. | Этилтолуолы | 0,58 | 27,8 |
| 8. | Диэтилбензолы | 89,7 | 4309 |
| 9. | Бутилбензолы | 0,36 | 17,2 |
| 10. | Триэтилбензолы | 6,2 | 295,8 |
| 11. | Дициклы | 2,0 | 94,2 |
| Итого | 100 | 4850 | |
Расчет высоты колонны:
Фактическое количество тарелок рассчитывается, принимая примерное значение КПД клапанных тарелок 80%[2].
Расстояние между тарелками принято 460 мм, в месте расположения люка расстояние между тарелками 1000 мм.
· Высота тарельчатой части без учета люков:
Н = 55*460= 25300 мм
· Высота тарельчатой части с учетом люков:
Н = 25300 + 4*1000 = 29300 мм
· Высота опорной части, куба и верхней части колонны:
Н = 2130 + 14600 = 16730 мм
Нобщ = 29300 + 16730 = 46030 мм
Вывод: дистиллят соответствует по требованиям этилбензолу техническому первого сорта. Максимальный рассчитанный диаметр колонны 2.186 м принимаем равный 2,2 м, что соответствует реальному диаметру колонны.
Таким образом, колонна справляется с предполагаемой нагрузкой и обеспечивает необходимое качество продуктов.
2.4 Расчет теплообменника Т-64.
Теплообменник Т-64 предназначен для охлаждения дистиллята колонны К-62.
Поток входит в теплообменник с температурой 140°С. Требуемая температура на выходе – 135оС. Охлаждающий агент – вода с начальной температурой – 110 оС.
Расчет был произведен в программе DesignIIforWindows. Характеристики теплообменника Т-64 представлены в табл. 2.8.
Таблица 2.8
Характеристика конденсатора Т-64
| Наименование показателя | Ед. изм. | Значение |
| Коэффициент теплопередачи | Ккал/ч/м2/с | 38,45 |
| Расход охлаждающей воды | кг/ч | 2000 |
| Тепловая нагрузка | ккал/ч | 5,2760*104 |
| Дифференциальная разница температур | °С | 11,01 |
| Температура воды на входе | °С | 110 |
| Температура воды на выходе | °С | 136 |
| Температура дистиллята на входе | °С | 140 |
| Температура дистиллята на выходе | °С | 135 |
| Геометрическая поверхность | м2 | 282,11 |
| Требуемая поверхность | м2 | 124,23 |
Существующий конденсатор имеет поверхность теплообмена 400 м2, таким образом, аппарат справляется с нагрузкой и имеет запас по поверхности 29,47 %.
Таблица 2.9
Конструктивные характеристики теплообменника.
| Кожух | Трубное пространство | ||||
| Наименование показателя | Ед.изм. | Значение | Наименование показателя | Ед. изм. | Значение |
| Внутренний диаметр. | мм | 1200 | Размер трубдиаметр*толщина | мм | 25*2 |
| Расстояние между перегородками | мм | 400 | Шаг трубы | мм | 25 |
| Расположение труб в трубной решетке | ∆ | ||||
| Число ходов по трубному пространству | 2 | ||||
| Движение теплоносителей (прямоток, противоток) | противоток | ||||
| Количество труб | шт. | 898 | |||
| Длина холодильника | мм | 5400 | |||
Заключение.