Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М
Подождите немного. Документ загружается.
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
TI=1 Y1= .21926 FB=2.70000 DK= 2.2000 B=1.39600 PRS= 25500.00
TS=0 Y3= .77239 FK= .00000 B1= .00000 HT= .00000
PEЗУЛЬTATЫ PACЧETA
WB= .09359 PL= 872.73 PG=33.66135 SI= .00643 L=21.58704
PO=15.46350 H= .01655 SM4= .01229 HK= .01241 F1= .15956
HS= .02559 R= 5427.80 HMT= .04527 HDS= .01969 G= 909.70
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
DO WO PC WOH KW PT HTK HT1 HT4
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
.00090 1.3411 5.6224 1.4978 .8954 22.9802 .0629 .1078 .0762
.00100 1.0863 3.6027 1.5200 .7147 20.6688 .0598 .1045 .0729
.00110 .8978 2.4058 1.5416 .5824 18.6825 .0571 .1017 .0701
.00120 .7544 1.6617 1.5629 .4827 17.7854 .0558 .1004 .0688
.00130 .6428 1.1803 1.5845 .4057 17.1746 .0550 .0995 .0679
.00140 .5542 .8581 1.6068 .3449 16.7414 .0544 .0989 .0673
.00150 .4828 .6363 1.6302 .2962 16.4234 .0540 .0984 .0668
.00160 .4243 .4796 1.6553 .2563 16.1826 .0537 .0981 .0665
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
6.36. Гидравлический расчет теоретической тарелки 35
ИCXOДHЫE ДAHHЫE
KI=1 X1= .31621 LH= .58440 Z2= .01600 Z= .01000 SIN= .00000
KT=1 X3= .66944 GH= .93150 SH= .00325 S= .01000 P= 800.00
TI=1 Y1= .19841 FB=2.70000 DK= 2.2000 B=1.39600 PRS= 25500.00
TS=0 Y3= .79257 FK= .00000 B1= .00000 HT= .00000
PEЗУЛЬTATЫ PACЧETA
WB= .09467 PL= 884.19 PG=33.59399 SI= .00651 L=21.63482
PO=15.49772 H= .01656 SM4= .01231 HK= .01243 F1= .16101
HS= .02575 R= 5462.31 HMT= .04549 HDS= .01974 G= 920.24
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
DO WO PC WOH KW PT HTK HT1 HT4
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
.00090 1.3567 5.7420 1.5096 .8987 23.3351 .0631 .1081 .0764
.00100 1.0989 3.6793 1.5320 .7173 20.9772 .0599 .1047 .0730
.00110 .9082 2.4570 1.5538 .5845 18.9556 .0572 .1019 .0702
.00120 .7631 1.6971 1.5753 .4844 18.0408 .0560 .1006 .0689
51
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
.00130 .6502 1.2054 1.5970 .4072 17.4181 .0551 .0997 .0680
.00140 .5607 .8764 1.6194 .3462 16.9768 .0545 .0991 .0674
.00150 .4884 .6498 1.6431 .2973 16.6529 .0541 .0986 .0669
.00160 .4293 .4898 1.6684 .2573 16.4077 .0538 .0983 .0666
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
52
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
7. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ АППАРАТОВ
7.1. Конструктивный расчет теплообменника
Обозначение по принципиальной схеме А19, чертеж АК3403.000. Обозначения
входов и выходов трубопроводов по расчётной схеме (рис. 10).
A
1
19
A
1
20
Ф
Б
18
Ф
Б
17
Приводится вариант расчета
двухпоточного витого теплообменника из
труб, оребренных проволокой, в
межтрубном пространстве которого
охлаждается отбросная фракция из узла
разделения, а в трубном пространстве –
испаряется и дополнительно нагревается
фракция безопасности.
Расчет состоит из двух частей, методики
расчета которых существенно отличаются
друг от друга:
расчет верхней части аппарата, в которой
происходит подогрев газообразной
фракции безопасности;
расчет нижней части аппарата, в которой
во фракции безопасности происходит
фазовое превращение – испарение.
Рис. 6. Теплообменник А19
7.1.1. Конструктивный расчет верхней части теплообменника
( зона подогрева )
7.1.1.1. Исходные данные
Количество отбросной фракции , м
3
/ч......................………………............А = 857,98
Массовый расход отбросной фракции , кг/с...…….…..…….........…….M
А
= 0,28748
Количество фракции безопасности , м
3
/ч................………………....……..Ф
Б
= 127,5
Массовый расход фракции безопасности, кг/с...…….…..……........….M
Фб
= 0,04492
53
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
7.1.1.1.1. Температуры, К:
отбросной фракции на входе в аппарат.........................................................
ВХ
А
Т
= 280
отбросной фракции на выходе из аппарата...........................................
ВЫХ
А
Т
= 253,01
фракции безопасности на входе в аппарат................................................
ВХ
Б
Ф
Т
= 100,9
фракции безопасности на выходе из аппарата...........................................
ВЫХ
Б
Ф
Т
= 273
7.1.1.1.2. Концентрация во фракции безопасности:
кислорода............................................………………………………….........х
1
= 0,5681
аргона............................................…………………………………...……....х
2
= 0,0142
азота............................................………………………………………..........х
3
= 0,4177
7.1.1.1.3. Давления, МПа:
отбросной фракции на входе в аппарат.......................….............................
ВХ
А
P
= 0,12
фракции безопасности на входе в аппарат..............................……………..
ВХ
Б
Ф
P
= 0,4
7.1.1.1.4. Конструктивные размеры аппарата, м:
наружный диаметр трубы....…......................................................................d
Т
Н
= 0,008
внутренний диаметр трубы...…...................................................................d
Т
ВН
= 0,006
количество труб в аппарате......................................................................…........n
Т
= 36
количество слоев в аппарате......................................................................….….....z = 5
диаметр сердечника……………………………………………………….…Д
С
= 0,392
диаметр корпуса……………………………………………………….………...Д = 0,5
диаметр оребряющей проволоки………………………………………….d
ПР
= 0,0015
шаг оребрения……………………………………………………………...….t
Р
= 0,005
относительный диаметральный шаг навивки ……………………………...
1
= 1,106
относительный осевой шаг навивки ………………………………………..
2
= 1,263
7.1.1.2. Коэффициент теплоотдачи от фракции безопасности к стенке трубки
(
Т
)
7.1.1.2.1. Массовая скорость фракции безопасности , кг/(м
2
*с)
W
T
=
Т
Б
Ф
f
М
,
где
f
T
= 0,7854 * ( d
Т
ВН
)
2
* n
т
f
T
= 0,7854 * ( 0,006 )
2
* 36
f
T
= 0,00101788 м
2
;
54
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
W
T
=
00101788,0
0,04492
W
T
= 44,135 кг / ( м
2
*с ) .
7.1.1.2.2. Средняя температура потока , К
Т
СР
=
2
Т Т
ВЫХ
Б
Ф
ВХ
Б
Ф
Т
СР
=
2
100,9 273
Т
СР
= 186,95 К .
Т
СР
= 86,05 К – средний подогрев компонентов фракции безопасности .
7.1.1.2.3. Теплофизические свойства потока при Т
СР
и Р
Фб
ВХ
С
Р
= 979,56 Дж/(кг*К) - изобарная теплоемкость фракции безопасности ,
вычисляемая по формуле
С
Р
=
3
2
N
p2
Ar
p1
2
O
p
xCxCxC
,
где
2
O
p
C
930 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость кислорода при температуре
Т
О
2
= 191,78 К и давлении Р
О
2
= 0,4 МПа , где
Т
О
2
= Т
О
2
НАС
+ Т
СР
Т
О
2
= 105,73 + 86,05
Ar
p
C
537 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость аргона при температуре
Т
A
r
= 188,78 К и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа , где
Т
A
r
= Т
Ar
НАС
+ Т
СР
Т
A
r
= 102,73 + 86,05
2
N
p
C
1062 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость азота при температуре
Т
N
2
= 177,3 К и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа , где
Т
N
2
= Т
N
2
НАС
+ Т
СР
Т
N
2
= 91,25 + 86,05
С
Р
=
4177,010620142,05375681,0930
Т
= 1314,2 * 10
-8
Н*с/м
2
- динамическая вязкость фракции безопасности ,
вычисляемая по формуле
Т
=
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xxx
,
где
2
O
1420 * 10
-8
Н*с/м
2
– динамическая вязкость кислорода при температуре
Т
О
2
= 191,78 К и давлении Р
О
2
= 0,4 МПа , где
Т
О
2
= Т
О
2
НАС
+ Т
СР
55
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Т
О
2
= 105,73 + 86,05
Ar
1530 * 10
-8
Н*с/м
2
– динамическая вязкость аргона при температуре
Т
A
r
= 188,78 К и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа , где
Т
A
r
= Т
Ar
НАС
+ Т
СР
Т
A
r
= 102,73 + 86,05
2
N
1163 * 10
-8
Н*с/м
2
– динамическая вязкость азота при температуре
Т
N
2
= 177,3 К и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа , где
Т
N
2
= Т
N
2
НАС
+ Т
СР
Т
N
2
= 91,25 + 86,05
Т
=
4177,01011630142,01015305681,0101420
888
Т
= 0,0178 Вт/(м*К) - теплопроводность фракции безопасности , вычисляемая по
формуле
Т
=
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xxx
,
где
2
O
0,0185 Вт/(м*К) - теплопроводность кислорода при температуре
Т
О
2
= 191,78 К и давлении Р
О
2
= 0,4 МПа , где
Т
О
2
= Т
О
2
НАС
+ Т
СР
Т
О
2
= 105,73 + 86,05
Ar
0,0121 Вт/(м*К) - теплопроводность аргона при температуре
Т
A
r
= 188,78 К и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа , где
Т
A
r
= Т
Ar
НАС
+ Т
СР
Т
A
r
= 102,73 + 86,05
2
N
0,0171 Вт/(м*К) - теплопроводность азота при температуре
Т
N
2
= 177,3 К и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа , где
Т
N
2
= Т
N
2
НАС
+ Т
СР
Т
N
2
= 91,25 + 86,05
Т
=
4177,00171,00142,00121,05681,00185,0
Т
= 7,99 кг/м
3
- плотность фракции безопасности , вычисляемая по формуле
Т
=
3
2
N
2
Ar
1
2
O
xxx
,
где
2
O
8,139 кг/м
3
- плотность кислорода при температуре Т
О
2
= 191,78 К
и давлении Р
О
2
= 0,4 МПа , где
Т
О
2
= Т
О
2
НАС
+ Т
СР
Т
О
2
= 105,73 + 86,05
Ar
10,323 кг/м
3
- плотность аргона при температуре Т
A
r
= 188,78 К
и давлении Р
A
r
= 0,4 МПа , где
Т
A
r
= Т
Ar
НАС
+ Т
СР
56
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
Т
A
r
= 102,73 + 86,05
2
N
7,708 кг/м
3
- плотность азота при температуре Т
N
2
= 177,3 К
и давлении Р
N
2
= 0,4 МПа , где
Т
N
2
= Т
N
2
НАС
+ Т
СР
Т
N
2
= 91,25 + 86,05
Т
=
4177,0708,70142,0323,105681,0139,8
7.1.1.2.4. Критерий Прандтля
Pr
T
=
C * P T
T
Pr
T
=
0178,0
20,00001314 * 979,56
Pr
T
= 0,722 .
7.1.1.2.5. Критерий Рейнольдса
Re
T
=
W * d T ВН
T
T
Re
T
=
000013142,0
0,006 * 44,135
Re
T
= 20150 .
7.1.1.2.6. Критерий Нуссельта
Nu
T
= 0,023*Re
T
0,8
*Pr
T
0,4
Nu
T
= 0,023*( 20150 )
0,8
*( 0,722 )
0,4
Nu
T
= 56,055 .
7.1.1.2.7. Поправка на кривизну труб
r
=
НС
Т
ВН
ДД
d
08,71
,
где
Д
Н
– наружный диаметр навивки , м
Д
Н
=
Т
Н1ПР
Т
Н
Т
Н1С
dd2d2dz2Д
Д
Н
=
008,0106,10015,02008,02008,0106,152385,0
Д
Н
= 0,478 м ;
r
=
478,0385,0
008,0
08,71
57
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
r
= 1,04445 .
7.1.1.2.8. Коэффициент теплоотдачи от фракции безопасности к стенке
трубки , Вт/(м
2
*К)
T
=
r
* Nu
T
*
T
d
T
ВН
T
= 1,04445 * 56,055 *
006,0
0,0178
T
= 173,93 Вт / (м
2
*К ) .
7.1.1.2.9. Приведенный коэффициент теплоотдачи от фракции
безопасности к стенке трубки , Вт/(м
2
*К)
ПР
=
T
*
н
T
вн
T
d
d
ПР
= 173,93 *
008,0
0,006
ПР
= 130,45 Вт / ( м
2
*К ) .
7.1.1.3. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к отбросной фракции
(
М
)
7.1.1.3.1. Массовая скорость отбросной фракции , кг/(м
2
*с)
W
М
=
М
А
f
М
,
где
f
М
= 0,7854 * ( Д
Н
2
– Д
С
2
) * ,
где
- доля свободного объема ,
= 1 -
2
Т
Н21
ПР
2
ПР
2
Т
Н
d
ldd7854,0
,
где
l
ПР
– длина проволоки на 1 п. м. трубы , м
58
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
l
ПР
=
P
2
P
2
ПР
Т
Н
t
1
tdd
l
ПР
=
005,0
1
005,00015,0008,0
2
2
l
ПР
= 6,05 м ;
= 1 -
2
22
008,0263,1106,1
05,60015,0008,07854,0
= 0,3181 ;
f
М
= 0,7854 * ( 0,485
2
– 0,392
2
) * 0,3181
f
М
= 0,020325 м
2
;
W
М
=
020325,0
0,28748
W
М
= 14,144 кг / ( м
2
*с ) .
7.1.1.3.2. Средняя температура потока , К
Т
СР
=
2
Т Т
ВЫХ
А
ВХ
А
Т
СР
=
2
253,01 280
Т
СР
= 266,505 К .
7.1.1.3.3. Теплофизические свойства потока при Т
СР
и Р
А
ВХ
( по свойствам
воздуха )
С
Р
= 1006 Дж/(кг*К) - изобарная теплоемкость отбросной фракции ;
М
= 1691 * 10
-8
Н*с/м
2
- динамическая вязкость отбросной фракции ;
М
= 0,0238 Вт/(м*К) - теплопроводность отбросной фракции ;
М
= 1,504 кг/м
3
- плотность отбросной фракции .
7.1.1.3.4. Критерий Прандтля
Pr
М
=
М
М
P
* C
Pr
М
=
0238,0
0,00001691 * 1006
Pr
М
= 0,71477 .
59
Лист
Изм. Лист № документа Подпись Дата
Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата
7.1.1.3.5. Критерий Рейнольдса
Re
М
=
М
М
d * W
,
где
d = d
Э
– определяющий размер , м
где
d
Э
=
ПРПР
Т
Н
21
2
Т
Н
ldd7854,0
d
d
Э
=
05,60015,0008,07854,0
3181,0263,1106,1008,0
2
d
Э
= 0,00212 м ;
Re
М
=
00001691,0
0,00212 * 14,144
Re
М
= 1773,43 .
7.1.1.3.6. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к отбросной фракции ,
Вт/(м
2
*К)
М
=
М
3
2
М
Р
3,0
М
WАPrСRe168
,
где
А – коэффициент оребрения,
А =
Т
Н
ПРПР
Т
Н
d
ldd
А =
008,0
05,60015,0008,0
А = 2,1348 ,
М
=
374,141348,271477,0100643,1773168
3
2
3,0
М
= 676,73 Вт / (м
2
*К ) .
60