Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М

  1. Файлы
  2. Академическая и специальная литература
  3. Топливно-энергетический комплекс
  4. Криогенная техника и технология
Назад
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
9.1.2.2.1.15. Определение средней температуры ТЭНов на 4-м участке
9.1.2.2.1.15.1. Исходные данные для расчета
J = 13,16 А – сила тока;
0
R
25,48 Ом – начальное электрическое сопротивление каждого ТЭНа;
T
0,0004
0
С
-1
– температурный коэффициент сопротивления нихрома;
n
Т
= 60 шт – действительное количество ТЭНов в аппарате;
l
ТРЧ
= 2,99 м – полная длина рабочей части каждого ТЭНа;
Ф
= 105,57 Вт/(м
2
*К) – средний коэффициент теплоотдачи к потоку отбросной
фракции;
S
M
1,536 кг/с – массовый расход отбросной фракции;
С
Р Ф
= 1012 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость отбросной фракции;
L
4
= 0,502 м – полная длина каждого ТЭНа на 4–ом участке, равная двойной длине
четвертого участка;
4
ВХ
Т
102,06
0
С – температура отбросной фракции на входе в 4–ой участок;
4
F
2,11 м
2
– поверхность теплообмена 4–го участка, равная сумме поверхности
ТЭНов данного участка и двух поверхностей сегментной перегородки.
9.1.2.2.1.15.2. Искомые величины
4
Т
Т
средняя температура поверхности ТЭНов на 4–ом участке,
0
С;
4
ВЫХ
Т
температура отбросной фракции на выходе из 4–го участка,
0
С;
-QQQ
4
Ф
4
ТО
4
ЭЛ
количество тепла, Вт.
9.1.2.2.1.14.3. Полученные результаты
4
Т
Т
345,59
0
С – средняя температура поверхности ТЭНов на 4–ом участке;
4
ВЫХ
Т
134,6
0
С – температура отбросной фракции на выходе из 4–го участка;
QQQ
4
Ф
4
ТО
4
ЭЛ
50,59 Вт – количество тепла.
9.1.2.2.1.16. Определение средней температуры ТЭНов на 5-м участке
9.1.2.2.1.16.1. Исходные данные для расчета
J = 13,16 А – сила тока;
0
R
25,48 Ом – начальное электрическое сопротивление каждого ТЭНа;
T
0,0004
0
С
-1
– температурный коэффициент сопротивления нихрома;
161
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
n
Т
= 60 шт – действительное количество ТЭНов в аппарате;
l
ТРЧ
= 2,99 м – полная длина рабочей части каждого ТЭНа;
Ф
= 105,57 Вт/(м
2
*К) – средний коэффициент теплоотдачи к потоку отбросной
фракции;
S
M
1,536 кг/с – массовый расход отбросной фракции;
С
Р Ф
= 1012 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость отбросной фракции;
L
5
= 0,502 м – полная длина каждого ТЭНа на 5–ом участке, равная двойной длине
пятого участка;
5
ВХ
Т
134,6
0
С – температура отбросной фракции на входе в 5–ой участок;
5
F
2,11 м
2
– поверхность теплообмена 5–го участка, равная сумме поверхности
ТЭНов данного участка и двух поверхностей сегментной перегородки.
9.1.2.2.1.16.2. Искомые величины
5
Т
Т
средняя температура поверхности ТЭНов на 5–ом участке,
0
С;
5
ВЫХ
Т
температура отбросной фракции на выходе из 5–го участка,
0
С;
-QQQ
5
Ф
5
ТО
5
ЭЛ
количество тепла, Вт.
9.1.2.2.1.16.3. Полученные результаты
5
Т
Т
381,19
0
С – средняя температура поверхности ТЭНов на 5–ом участке;
5
ВЫХ
Т
167,55
0
С – температура отбросной фракции на выходе из 5–го участка;
QQQ
5
Ф
5
ТО
5
ЭЛ
51,22 Вт – количество тепла.
9.1.2.2.1.17. Определение средней температуры ТЭНов на 6-м участке
9.1.2.2.1.17.1. Исходные данные для расчета
J = 13,16 А – сила тока;
0
R
25,48 Ом – начальное электрическое сопротивление каждого ТЭНа;
T
0,0004
0
С
-1
– температурный коэффициент сопротивления нихрома;
n
Т
= 60 шт – действительное количество ТЭНов в аппарате;
l
ТРЧ
= 2,99 м – полная длина рабочей части каждого ТЭНа;
Ф
= 105,57 Вт/(м
2
*К) – средний коэффициент теплоотдачи к потоку отбросной
фракции;
S
M
1,536 кг/с – массовый расход отбросной фракции;
С
Р Ф
= 1012 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость отбросной фракции;
162
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
L
6
= 0,49 м – полная длина каждого ТЭНа на 6–ом участке, равная двойной длине
шестого участка;
6
ВХ
Т
167,55
0
С – температура отбросной фракции на входе в 6–ой участок;
6
F
2,13 м
2
– поверхность теплообмена 6–го участка, равная сумме поверхности
ТЭНов данного участка, одной поверхности сегментной перегородки и
поверхности днища.
9.1.2.2.1.17.2. Искомые величины
6
Т
Т
средняя температура поверхности ТЭНов на 6–ом участке,
0
С;
6
ВЫХ
Т
температура отбросной фракции на выходе из 6–го участка,
0
С;
-QQQ
6
Ф
6
ТО
6
ЭЛ
количество тепла, Вт.
9.1.2.2.1.17.3. Полученные результаты
6
Т
Т
402,9
0
С – средняя температура поверхности ТЭНов на 6–ом участке;
6
ВЫХ
Т
199,3
0
С – температура отбросной фракции на выходе из 6–го участка;
QQQ
6
Ф
6
ТО
6
ЭЛ
49,35 Вт – количество тепла.
9.1.2.2.1.18. Полученные результаты
Максимальная средняя температура поверхности ТЭНов
6
Т
Т
402,9
0
С, что не
превышает максимально допустимую температуру поверхности ТЭНов.
Температура отбросной фракции на выходе из аппарата, полученная в результате
расчета,
6
ВЫХ
Т
199,3
0
С. Погрешность расчета составляет –0,35 %, что находится
в допустимой зоне ± 5 %.
Суммарное количество тепла, полученное в результате расчета,
QQQ
Ф
ТОЭЛ
298,91 Вт. Погрешность расчета составляет –0,36 %, что
находится в допустимой зоне ± 5 %.
163
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
9.1.3. Расчет гидравлических потерь
9.1.3.1. Расчет поправочных коэффициентов гидравлических потерь
9.1.3.1.1. Расчет поправочного коэффициента, учитывающего влияние про-
течек на потери давления R
l
p
lmsl
rr133,1expR
,
где
r
lm
= 0,021613, r
s
= 0,463563, p = 0,58046 - см. п. 9.2.1.10;
58046,0
l
021613,0463563,0133,1expR
R
l
= 0,810445.
9.1.3.1.2. Расчет поправочного коэффициента, учитывающего байпасные
потоки R
b
3
ss psbbpb
r21FcexpR
,
где
c
bр
= 4,5 при Re 100 ;
c
bр
= 3,7 при Re 100 ;
F
sb p
= 0,174615 – см. п. 9.2.1.6.2;
r
ss
= 0,0 - см. п. 9.2.1.11;
3
b
021174615,07,3expR
R
b
= 0,524098.
9.1.3.1.3. Расчет поправочного коэффициента, учитывающего влияние раз-
мещения перегородок на входе (выходе) на потери давления R
s
n2
bi
bc
n2
bo
bc
s
L
L
L
L
R
n = 1 при Re 100;
n = 0,2 при Re 100;
2,022,02
s
336,0
251,0
245,0
251,0
R
R
s
= 1,636077.
164
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
9.1.3.2. Расчет гидравлических потерь
9.1.3.2.1. Расчет гидравлических потерь в поперечном потоке P
c
lbbbic
RR1NPP
,
где
r
s
А
2
s
tcci
3
bi
Ф
m
Nf102P
,
где
2
b
b
Н
Т
tp
1i
Re
d
L
33,1
bf
,
где
4
b
3
Re14,01
b
b
b
1
= 0,372 , b
2
= - 0,123 , b
3
= 7,0 , b
4
= 0,500 – поправочные коэффициенты,
справедливые для чисел Рейнольдса , лежащих в диапазоне от 10 000 до 100 000;
5,0
32,1046814,01
7
b
b = 0,456798;
123,0
456798,0
i
32,10468
016,0
038,0
33,1
372,0f
f
i
= 0,091426;
2,0
2
3
bi
637919,0
11,1
44,14
33325,10091426,0102P
P
bi
= 0,361362;
810445,0524098,0131474,5361362,0P
c
P
с
= 0,662269 кПа.
9.1.3.2.2. Расчет гидравлических потерь в окнах перегородок P
w
165
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
l
3
Ф
2
w
tcwbw
R10
2
m
N6,02NP
,
где
wm
s
w
ss
M
m
082885,0106371,0
536,1
m
w
m
w
= 16,3584 кг/(м
2
*с).
810445,010
11,12
3584,16
10663,46,0231474,5P
3
2
w
P
w
= 2,3176 кПа.
9.1.3.2.3. Расчет гидравлических потерь в концевых зазорах ( до первой и за
последней перегородками ) P
l
sb
tcc
tcw
bil
RR
N
N
1PP
636077,1524098,0
33325,10
10663,4
1361362,0P
l
P
l
= 0,432999 кПа.
9.1.3.2.4. Расчет общих гидравлических потерь в межтрубном пространстве
P
s
lwcs
PPPP
432999,03176,2662269,0P
s
P
s
= 3,412868 кПа = 0,003413 МПа.
166
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
167
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
9. 2. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВАТЕЛЯ
МОЩНОСТЬЮ 120 КВТ
Электроподогреватель – вертикальный аппарат цилиндрической формы.
Предназначен для нагрева регенерирующего газа. Основу данного аппарата
составляют нагревательные элементы ТЭНы, расположенные в кожухе так, что
оси труб и кожуха параллельны. Регенерирующий газ омывает пучок ТЭНов
поперечно, чем достигается более высокий уровень теплообмена.
Цель поверочного расчета электроподогревателя – определение температур по-
верхности ТЭНов на каждом из участков и определение суммарного гидравличе-
ского сопротивления потока регенерирующего газа. Температура поверхности
ТЭНов не должна превышать максимально допустимую величину в 600
0
С.
9.2.1. Исходные данные для расчета электроподогревателя
Количество отбросной фракции, м
3
/ч........................…………..…............А = 1344,54
Массовый расход отбросной фракции, кг/с......…………….........…….…..M
s
= 0,336
Температура отбросной фракции на входе в аппарат,
0
С..............................
ВХ
А
Т
= 10
Температура отбросной фракции на выходе из аппарата,
0
С...................
ВЫХ
А
Т
= 350
Температура ТЭНов в месте крепления,
0
С.….................…………...........
ВХ
ТЭН
Т
= 20
Максимально допустимая температура ТЭНов,
0
С…......…..…...............
ВЫХ
ТЭН
Т
= 600
Давление отбросной фракции на входе в аппарат, МПа….........................
ВХ
А
P
= 0,12
Мощность одного ТЭНа, Вт........................……………….....……………..…n = 2500
9.2.1.1. Конструктивные размеры аппарата, м:
наружный диаметр ТЭНа....…...................................................................…d
Т
Н
= 0,013
количество ТЭНов в аппарате..................................................................…........n
Т
= 48
длина шпильки………………………………………………………………...L
Ш
= 0,09
шаг размещения центральных перегородок……………………………….L
bc
= 0,190
длина входного участка……………………………………………………...L
bi
= 0,190
длина выходного участка……………………………..…………………….L
bo
= 0,190
полная длина ТЭНа………………………….…………………………....L
ТЭНа
= 0,958
внутренний диаметр кожуха……………………………………………….…...D
s
= 0,5
зазор между внутренним диаметром кожуха и диаметром перегородки..L
sb
=0,0015
диаметральный зазор между ТЭНами и отверстиями в перегородках….L
tb
= 0,0005
высота свободного сегмента перегородки………………………………...L
bch
= 0,075
наружный диаметр пучка ТЭНов…………………………………………..D
otl
= 0,497
диаметр окружности, проходящей через центры периферийного ряда
168
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
ТЭНов………………………………………………………………………...D
ctl
= 0,484
диаметральный шаг пучка ТЭНов………………………………………..…L
tp
= 0,044
шаг треугольного пучка ТЭНов……………….………………………....…L
рp
= 0,038
относительная высота свободного сегмента перегородки, %….……..…..В
c
= 15,00
число уплотняющих полос (пар) на одной перегородке………………………N
ss
= 0
площадь сегментной перегородки, м
2
………………………………….
ПЕР
СЕГ
S
= 0,17788
площадь днища, м
2
…………………………..………………………..….
ДН
S
= 0,19635
9.2.1.2. Упрощенная схема внутреннего устройства аппарата
L
bc
L
bo
L
bi
ds
ctl
L
bb
/2
D
s
A
A
L
ti
L
ts
L
ts
L
ta
B
c
L
bch
L
s
b
D
s
Рис. 9. Упрощённая схема внутреннего устройства электроподогревателя
9.2.2. Расчет основных параметров межтрубного потока
169
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Принимаем, что каждый ТЭН не является единой U – образной трубкой, а состоит
из двух прямых трубок.
Тогда расчётное количество ТЭНов в аппарате n
Р
Т
= 96 шт., полная длина каждого
ТЭНа l
Т
= 0,958 м, длина рабочей части каждого ТЭНа l
ТРЧ
= 0,95 м.
9.2.2.1. Расчеты вспомогательных геометрических параметров
9.2.2.1.1. Площадь проходного сечения, S
m
Т
Нtp
eff,tp
ctl
bbbcm
dL
L
D
LLS
,
где
L
bb
– разность между внутренним диаметром кожуха и наружным диаметром
пучка труб
otlsbb
DDL
,
497,05,0
bb
L
bb
L
0,003;
Т
Нotlctl
dDD
013,0497,0
ctl
D
ctl
D
0,484 ;
L
tp,eff
= L
tp
= 0,038 - для треугольных пучков труб
013,0038,0
038,0
484,0
003,019,0
m
S
m
S
0,03819.
9.2.2.1.2. Расчет окон сегментных перегородок
ds
– угол между точками пересечения хорды сегментной перегородки с окружно-
стью диаметром D
s
,
100
B
21arccos2
c
ds
100
15
21arccos2
ds
ds
= 91,15 град.
ctl
– угол между точками пересечения хорды сегментной перегородки с окружно-
стью диаметром D
ctl
, проходящей через центры наружного ряда труб ,
170
  • 2008 — 2025 «СтудМед»