- •1. Структура курсової роботи
- •2. Виконання розрахунків на пеом
- •3. Моделювання і аналіз процесу каталітичної очистки в стаціонарних умовах
- •3.1. Математична модель і методика розрахунку каталітичного процесу
- •3.2. Визначення параметрів теплообмінника-рекуператора
- •3.3. Аналіз автотермічного режиму
- •3.4. Аналіз схеми з додатковим підігрівом суміші
- •3.5. Аналіз схеми з підживленням пального компонента
- •4. Нестаціонарний метод очистки газів (реверс-процес)
- •4.1. Особливості реверса-процесу
- •4.2. Математичний опис реверс-процесу
- •4.3. Вплив технологічних параметрів на характеристики реверс - процесу
- •5. Оцінка еколого-економічної ефективності систем газоочищення
- •5.1. Розрахунок екологічного ефекту
- •5.2. Розрахунок витрат на впровадження та економічної ефективності очисних споруджень
- •Ціни на складові експлуатаційних витрат
- •6. Приклад виконання розрахунків
- •6.1. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у стаціонарному режимі
- •6.1.1. Розрахунок схеми з автотермічними умовами проведення процесу
- •6.1.2. Розрахунок схеми з додатковим підігрівом суміші
- •6.1.3. Розрахунок схеми з підживленням суміші, що очищається
- •6.2. Розрахунки теплообмінників-рекуператорів
- •6.2.1. Вибір стандартних теплообмінників
- •6.2.2. Перевірочні розрахунки стандартних теплообмінників
- •6.3. Порівняння схем каталітичного газоочищення з реакторами, працюючими в стаціонарному режимі
- •Основні показники роботи схем очистки газових викидів
- •6. 4. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у нестаціонарному режимі (реверс-процес)
- •6.5. Розрахунок еколого-економічної ефективності схем каталітичного газоочищення
- •6.5.1. Розрахунок екологічного ефекту
- •6.5.2. Розрахунок економічної ефективності очисних споруджень
- •Основні технологічні показники схем каталітичного газоочищення
- •7. Рекомендована література
- •Додатки
6.2. Розрахунки теплообмінників-рекуператорів
Розрахунки теплообмінників-рекуператорів у курсовій роботі виконують для вище розглянутих трьох варіантів схеми газоочищення з метою визначення необхідної поверхні теплопередачі. Даний параметр є одним з основних для визначення витрат на апарат і необхідний для оцінки витрат на очищення при порівнянні різних схем.
6.2.1. Вибір стандартних теплообмінників
У прикладі для всіх схем за умовами експлуатації передбачається використовувати стандартні теплообмінники загальнопромислового призначення одного типу – ТК (з нерухомими трубними ґратами і з температурним компенсатором на кожусі).
Необхідну поверхню теплопередачі необхідно визначити для кожного з розглянутих випадків. Як приклад нижче приведений розрахунок по основному рівнянню теплопередачі (3.14) для схеми з підігрівом суміші, для якої уже відомі теплові навантаження (Q) рекуператорів. Значення коефіцієнта теплопередачі (Кт) для даного випадку передачі тепла від газу до газу рекомендується приймати в межах Кт = 10–40 Вт/(м2К).
Середню різницю температур знаходять по різниці середніх температур гарячого і холодного теплоносіїв. Для гарячого потоку в трубках середня температура дорівнює:
режим 1 = (402,6+175)/2=288,8 0C;
режим 2 = (553,8+175)/2=364,4 0C;
режим 3 = (693,8+175)/2=434,4 0C.
Для холодного потоку в міжтрубному просторі:
режим 1 = (20+241)/2=130,5 0C;
режим2 = (20+388)/2=204 0C;
режим 3 = (20+524)/2=272 0C.
Середня різниця температур складає:
режим 1 Δtср = 288,8–130,5=158,3 К;
режим 2 Δtср = 364,4–204=160,4 К;
режим 3 Δtср = 434,4–272=162,4 К.
Необхідна поверхня теплопередачі знаходиться в межах:
режим 1 – від 399600/(10158,3)=252,4 м2 до 399600/(40158,3)=63,1 м2;
режим 2 – від 676600/(10160,4)=421,8 м2 до 676600/(40160,4)=105,4 м2;
режим 3 – від 941100/(10162,4)=579,5 м2 до 941100/(40162,4)=144,9 м2.
Необхідну площу перетину трубок знаходять по заданому об'ємному потоку суміші (5000 м3/год чи 1,389 м3/с) і лінійній швидкості газу, що рекомендується. При невеликому тиску швидкість газу складає 4–15 м/с (береться середнє значення –10 м/с).
Sтр = 1,389/10 = 0,1389 м2.
Знайдені орієнтовані значення основних параметрів дозволяють вибрати для перевірочних розрахунків стандартні теплообмінники типу ТН із діаметром кожуха 1200 мм і довжиною трубок 4,0 м, 6,0 м і 9,0 м (табл. 1 додатка).
6.2.2. Перевірочні розрахунки стандартних теплообмінників
Перевірочні розрахунки стандартних теплообмінників виконують на ЕОМ за допомогою прикладної програми EKTEPL. У якості початкових даних уводять властивості сумішей у трубках і міжтрубному просторі, які можна з достатньою точністю приймати рівними відповідним властивостям повітря при середній температурі суміші. У табл. 6.6 приведені теплофізичні властивості сумішей для середніх температур, розраховані методом лінійної інтерполяції даних з таблиці властивостей повітря (табл. 2 додатка).
Задачу інтерполювання з достатньою точністю можна виконати за допомогою програми LAGRANG з бібліотеки прикладних програм ХТФ. Розрахунки кожної з чотирьох властивостей варто вести по черзі для всіх температур.
Подальші розрахунки виконані за допомогою програми EKTEPL. Як приклад приведений набір вихідних даних для перевірочного розрахунку теплообмінника з довжиною трубок 6,0 м без перегородок у міжтрубному просторі для режиму 1 схеми з автотермічними умовами:
G1 1,792
T1H 675,6 T1K 335,7
RO1 0,700 DM1 0,0000272
AL1 0,0414 C1 1022
G2 1,792
T2H 293 T2K 623
RO2 0,772 DM2 0,0000254
AL2 0,0381 C2 1016
F 525 NT 1125
DH 0,025 DEL 0,002
TL 6,0 DK 1,2
ST 0,033 NP 00
NX 01 SUMR 0,000714
KT 01
G1 |
Масова витрата |
Кг/с |
|
|
|
Т1Н |
Початкова температура |
К |
Т1К |
Кінцева температура |
К |
RO1 |
Густина |
Кг/м3 |
DM1 |
В'язкість |
Пас |
AL1 |
Теплопровідність |
|
C1 |
Удельна теплоємність |
Дж/ (кгК) |
Таблиця 6.6
Теплофізичні властивості сумішей
властивості
|
Схема з автотерм. умовами |
Схема з підігрівом |
Схема з підживленням |
||||||
Р.1 |
Р.2 |
Р.3 |
Р.1 |
Р.2 |
Р.3 |
Р.1 |
Р.2 |
Р.3 |
|
Суміш в трубному просторі |
|||||||||
Температура |
|
||||||||
Тнач, 0С |
402,6 |
553,8 |
693,0 |
402,6 |
553,8 |
693,0 |
519,9 |
609,2 |
699,4 |
Ткон, 0С |
62,7 |
59,4 |
55,2 |
175 |
175 |
175 |
180,3 |
176,6 |
174,3 |
Тср, 0С |
232,6 |
306,6 |
374,1 |
288,8 |
364,4 |
424,4 |
374,4 |
392,1 |
437,2 |
Густина , кг/м3 |
0,700 |
0,610 |
0,547 |
0,629 |
0,555 |
0,496 |
0,567 |
0,532 |
0,496 |
В'язкість, μ 106, Па.с |
27,2 |
29,8 |
32,2 |
29,2 |
31,9 |
34,0 |
31,5 |
32,8 |
34,0 |
Теплопровідність λ102, Вт / мК |
4,14 |
4,56 |
4,96 |
4,46 |
4,91 |
5,29 |
4,83 |
5,06 |
5,29 |
теплоємність, Дж/кгК |
1022 |
1035 |
1043 |
1032 |
1041 |
1052 |
1039 |
1046 |
1052 |
Суміш в міжтрубному просторі |
|||||||||
Температура |
|
||||||||
Тнач, 0С |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
Ткон, 0С |
350 |
500 |
640 |
241 |
388 |
524 |
350 |
440 |
530 |
Тср, 0С |
185 |
260 |
330 |
130,5 |
204 |
272 |
185 |
230 |
275 |
Густина , кг/м3 |
0,772 |
0,663 |
0,587 |
0,878 |
0,740 |
0,649 |
0,772 |
0,700 |
0,649 |
В'язкість, μ 106, Па.с |
25,4 |
28,2 |
30,4 |
23,4 |
26,1 |
28,6 |
25,4 |
27,2 |
28,6 |
Теплопровідність λ102, Вт / мК |
3,81 |
4,30 |
4,71 |
3,40 |
3,96 |
4,37 |
3,81 |
4,14 |
4,37 |
теплоємність, Дж/кгК |
1016 |
1027 |
1037 |
1011 |
1021 |
1029 |
1016 |
1022 |
1029 |
При виконанні розрахунків схеми з підживленням можна не враховувати збільшення масового потоку суміші після введення додаткового палива в тій чи іншій точці.
Результати перевірочних розрахунків стандартних теплообмінників приведені в табл. 6.7. Прийнятними можна приймати варіанти з припустимою швидкістю суміші і запасом поверхні 10–40%, якщо такого не знайдено, то з найближчим значенням запасу.
Як і передбачалося вище, для першої схеми (автотермічний режим без підживлення) не вдалося підібрати стандартні теплообмінники навіть з мінімальним запасом поверхні.
Отримані результати використовуються при порівнянні розглянутих схем і варіантів режиму.
Таблиця 6.7
Розраховані параметри теплообмінників-рекуператорів
Параметри Теплообмінника |
Схема з автотермічними умовами |
Схема з підігрівом |
Схема з підживленням |
||||||
Р.1 |
Р.2 |
Р.3 |
Р.1 |
Р.2 |
Р.3 |
Р.1 |
Р.2 |
Р.3 |
|
1.Теплообмінник DК =1,2 м; L = 9.0 м; F=765 м2 без перегородок NP=0 |
|||||||||
Швидкість в трубках, м/с |
6,57 |
7,54 |
8,41 |
7,31 |
8,29 |
9,28 |
|
|
|
Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К |
10,7 |
11,0 |
11,5 |
10,5 |
10,9 |
11,3 |
|
|
|
Потрібна поверхня, м2 |
1281 |
1973 |
2512 |
265 |
423 |
561 |
|
|
|
Запас поверхні, % |
-38 |
-60 |
-68 |
198 |
87,9 |
41,5 |
|
|
|
2.Теплообмінник DК =1,2 м; L = 9,0 м; F=765 м2 з перегородками NP=8 |
|||||||||
Швидкість в трубках, м/с |
6,57 |
7,54 |
8,41 |
|
|
|
|
|
|
Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К |
15,9 |
16,1 |
16,3 |
|
|
|
|
|
|
Потрібна поверхня, м2 |
865 |
1350 |
1710 |
|
|
|
|
|
|
Запас поверхні, % |
-8,2 |
-41 |
-54 |
|
|
|
|
|
|
3. Теплообмінник DК =1,2 м; L = 6,0 м; F=525 м2 без перегородок NP=0 |
|||||||||
Швидкість в трубках, м/с |
6,57 |
7,54 |
8,41 |
7,31 |
8,29 |
9,28 |
8,13 |
8,67 |
9,29 |
Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К |
10,7 |
11,0 |
11,5 |
10,5 |
10,9 |
11,3 |
11,0 |
11,1 |
11,3 |
Потрібна поверхня, м2 |
1385 |
1876 |
2512 |
266 |
423 |
561 |
380 |
476 |
569 |
Запас поверхні, % |
-62 |
-72 |
-73 |
49,3 |
25,7 |
-5,7 |
39,4 |
11,4 |
-6,9 |
4. Теплообмінник DК =1,2 м; L =6,0 м; F=525 м2 з перегородками NP=5 |
|||||||||
Швидкість в трубках, м/с |
|
|
|
|
|
9,28 |
|
8,67 |
9,29 |
Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К |
|
|
|
|
|
16,4 |
|
16,2 |
16,4 |
Потрібна поверхня, м2 |
|
|
|
|
|
386 |
|
326 |
391 |
Запас поверхні, % |
|
|
|
|
|
26,5 |
|
62,3 |
35,6 |
Продовження таблиці 6.7
5. Теплообмінник DК =1,2 м; L = 4,0 м; F=388 м2 без перегородок NP=0 |
|||||||||
Швидкість в трубках, м/с |
|
|
|
7,31 |
|
|
8,13 |
|
|
Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К |
|
|
|
10,5 |
|
|
11,0 |
|
|
Потрібна поверхня, м2 |
|
|
|
266 |
|
|
380 |
|
|
Запас поверхні, % |
|
|
|
32,8 |
|
|
-7,1 |
|
|
6. Теплообмінник DК =1,2 м; L =4,0 м; F=388 м2 з перегородками NP=3 |
|||||||||
Швидкість в трубках, м/с |
|
|
|
|
|
|
8,13 |
8,13 |
8,13 |
Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К |
|
|
|
|
|
|
16,0 |
16,2 |
16,4 |
Потрібна поверхня, м2 |
|
|
|
|
|
|
259 |
326 |
391 |
Запас поверхні, % |
|
|
|
|
|
|
36,5 |
8,23 |
-9,6 |