7.1 Розрахунок та вибір пропанового холодильника-конденсатора установки низькотемпературної ректифікації вуглеводневого конденсату
Завдання 1 Розрахувати пропановий холодильник-конденсатор газу установки низькотемпературної ректифікації вуглеводневого конденсату за таких вихідних даних.
Склад сирого газу (с', мольні частки): CH4 – 0,432; C2H6 – 0,154; C3H8 – 0,196; і-C4H10 – 0,056; н-C4H10 – 0,094; і-C5H12 – 0,025; н-C5H12 – 0,043.
Початкова температура вуглеводневої суміші , 0C, кінцева температура , 0C. Тиск газу; =3,92 МПа, кількість газу , т/год, тиск пропану на вході в апарат =0,15 МПа.
Гарячий теплоносій – газ у кількості - при температурі подається в трубний простір холодильника конденсатора та виводиться з нього при температурі . Холодний теплоносій – рідкий пропан у кількості - при температурі подається в міжтрубний простір апарата та виводиться з нього при температурі .
Таблиця — Варіанти завдання 1
Варіант |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
G1, т/год |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
, 0C |
21 |
28 |
23 |
30 |
25 |
22 |
27 |
24 |
29 |
26 |
, 0C |
-6 |
-13 |
-8 |
-15 |
-10 |
-7 |
-12 |
-9 |
-14 |
-11 |
7.1.1 Поверхня теплообміну холодильника-конденсатора
Розрахункова поверхня теплообміну Fр , м2,[8]:
,
де – кількість тепла, що віднімається в холодильнику від газу, що конденсується (теплове навантаження), Вт; – коефіцієнт теплопередачі в конденсаторі-випарнику, Вт/(м2∙°С); – середній температурний напір,°С; – теплонавантаження поверхні теплообміну, Вт/м2.
Для визначення кількості тепла, що віддається вуглеводневою сумішшю в холодильнику, необхідно знати її фазовий стан у частках газу та конденсату на вході та виході з апарата. Для цього треба розрахувати процес однократної конденсації вуглеводневої суміші за рівняннями [8]:
,
,
де , – мольні частки компонента у рівноважних рідкій і паровій фазах (визначаються для температур та ); с' – мольна частка компонента у сирому газі; е' – мольна частка пар у рівноважній газорідинній суміші (визначається при та ); K – константа фазової рівноваги компонента (визначається для зазначених температур та тиску 1).
Розрахунок конденсації вуглеводневої суміші в етановій колоні проводиться методом послідовного наближення.
Кількість тепла Q1, Вт, що віднімається в апараті від газу, розраховуємо за формулою [8]
,
де та – початкова та кінцева масові частки пар; – ентальпія парової фази при температурі , кДж/кг; – ентальпія рідкої фази конденсату при , кДж/кг; – ентальпія парової фази при температурі , кДж/кг; – ентальпія рідкої фази при температурі , кДж/кг.
Масові частки пар на вході та виході з апарата визначаються зі співвідношення
,
де Му та Мс – середня мольна маса парової фази та сирого газу.