Смазочные материалы (стр. 6 из 7)

Найдем объемное количество продуктов сгорания (в м³) на 1 кг топлива (при нормальных условиях):

V_CO2 = m_CO2×22,4/M_CO2 = 3,03×22,4/44 = 1,55 м³/кг (55)

V_Н2О = m_Н2О×22,4/M_Н2О = 1,56×22,4/18 = 1,94 м³/кг (56)

V_O2 = m_O2×22,4/M_O2 = 0,36×22,4/32 = 0,25 м³/кг (57)

V_N2 = m_N2×22,4/M_N2 = 13,22×22,4/28 = 10,58 м³/кг (58)

Суммарный объем продуктов сгорания:

V = 1,54 +1,94 + 0,25 +10,58 = 14,31 м³/кг.

Плотность продуктов сгорания при 273 К и 101325 Па:

r₀ = Sm_i/SV_i = 18,18/14,31 = 1,27 кг/м³ (59)

Определим энтальпию продуктов сгорания на 1 кг топлива при различных температурах по уравнению:

q^T = (T - 273)×(m_CO2×C_CO2 + m_Н2O×С_H2O + m_O2×C_O2 + m_N2×C_N2), (60)

где Т - температура продуктов сгорания, К;

С_С02, С_H2O, С₀₂, С_N2 - средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, определяемые по справочным данным [8], кДж/(кг×К).

Полученные данные оформим в таблицу, после чего построим график зависимости энтальпии дымовых газов от температуры (рис.2):

Таблица 10 - Зависимость энтальпии дымовых газов от температуры

Т,К	273	300	500	700	900	1100	1300	1500	1700	1900	2100	2300
Q(T)·10-3 кДж/кг	0,00	0,53	4,52	8,71	13,13	17,73	22,54	27,48	32,52	37,64	41,12	48,14

К.П.Д. печи найдем по формуле:

(61)

- потери тепла в окружающую среду, в долях от низшей теплоты сгорания топлива.

- потери тепла с уходящими дымовыми газами в долях от низшей теплоты сгорания топлива.

Примем = 0,06 и температуру дымовых газов, покидающих

конвекционную камеру печи, на 120 К выше температуры Т₁ сырья, поступающего в печь:

Т_ух = Т₁ + DТ = 200 + 273 + 120 = 593 К

Найдем по графику q-Т потерю тепла с уходящими дымовыми газами, при

Т_ух = 593 К она составит q_ух = 8050 кДж/кг.

Тогда КПД печи равно:

h = 1 - (0,06 + 8050 /44228) = 0,76.

Полная тепловая нагрузка печи:

Q_т = Q_пол/h, (62)

где Q_пол - полезное тепло печи, кДж/ч.

Полезное тепло печи рассчитываем по формуле:

Q_пол = G_раф×(q_Т2^р - q_Т1^р )+ G_NМП ( е×q_Т2^п - q_Т1^ж), (63)

где G - производительность печи но сырью, кг/ч; е = 0,93 - массовая доля отгона растворителя на выходе из печи от общего количества растворителя; q^п, q^{ж –} энтальпия, соответственно, паровой и жидкой фаз растворителя на выходе из печи и на входе в печь, кДж/кг; q_Т2^р , q_Т1^р - энтальпии растворителя на выходе из печи и на входе в печь кДж/кг.

q_Т2^р = 4,187((50,2 + 0,109×t + 0,00014×t²)×(4 -

) – 73,8), кДж/кг (64)

q_Т1^р = 4,187×(0,403×t + 0,000405×t²)/

, кДж/кг (65)

r₁₅¹⁵ = r₄²⁰ + 0,0035/r₄²⁰ (66)

Энтальпии отбензиненной нефти найдем по формулам:

q_Т1^р = 4,187×(0,403×200 + 0,000405×200²)/

= 429,65 кДж/кг;

q_Т2^р = 4,187×(0,403×295 + 0,000405×295²)/

= 684,11 кДж/кг;

Согласно [5] для N-метилпирролидона:

q^п = 480 кДж/кг

q^ж= 999 кДж/кг

Подставляя в формулу соответствующие величины, получим:

Q_пол=37367,15×(684,11 -429,65)+ 6572,89×(0,93× 999 –(1-0,93) × 480) = 15,42·10⁹ Дж/ч

Q_Т = Q_пол/h =15,42·10⁶/0,76=20,35·10⁶ кДж=5653,34 кВт

Часовой расход топлива:

В = Q_пол/(Q_р^н×h) (67)

В = 15,42·10⁶/(44228,24×0,76) = 460,16 кг/ч

Расчет поверхности нагрева радиантных труб.

Н_p = Q_p/(3600×h_T) (68)

Поверхность нагрева конвекционных труб определяется по формуле:

Н_к = Q_к/(k₁×DT_ср), (69)

где Q_к - количество тепла, передаваемого сырью в конвекционных трубах, Вт;

k₁ - коэффициент теплопередачи в конвекционной камере печи, Вт/(м²×К);

DТ_ср - средний температурный напор, К.

Определение среднего температурного напора.

В конвекционной камере проектируемой печи теплопередача от дымовых газов к сырью в трубах осуществляется при смешанно-перекрестном токе с индексом противоточности, равным единице. Поэтому средний температурный напор рассчитывается по уравнению Грасгофа:

(70)

По результатам выполненных расчетов для нагрева отбензиненной нефти считается целесообразным установить трубчатую печь типа ГС-1.

Количество тепла, переданного сырью в камере радиации (прямая отдача топки), найдем из уравнения теплового баланса топки:

Q_р = (Q_р^н×h_Т – q_Tn)×В, (71)

где h_T - КПД топки;

q_Tn- энтальпия дымовых газов на выходе из камеры радиации при температуре Т_n, кДж/кг топлива.

Примем Т_n =1050 К и определим по графику q-Т: q_Тn= 15000 кДж/кг.

Ранее было принято, что потери тепла в окружающую среду равны 6 %.

Пусть 4 % в том числе составляют потери тепла в топке: h_T = 1 - 0,04 = 0,96.

Q_р = (44228×0,96 -15000)× 460,16 = 12,62·10⁶ кДж/ч.

Теплонапряжение радиантных труб для печи типа ГС q_р = 20,7 кВт/м². Поверхность нагрева радиантных труб будет равна:

Н_p = Q_p/(3600×h_T) =12,62·10⁶/(20,7×3600) =160 м²

Принимаем печь типа ГС-1 с поверхностью нагрева 265 м² [12].

Определим температуру Т_к сырья на входе в конвекционые трубы. Полагая на основе опытных данных, что сырьё в конвекционных трубах не испаряется, найдем ее энтальпию на выходе из радиантных труб из уравнения:

Q_Р = G_NМП·(е×q_Т2^П + (1 - е)×q_Т2^ж)+G_раф(q_Т2^р- q_Тк^р )

Следовательно, q_Tк^Ж = е×q_Т2^П + (1 - е)×q_Т2^ж - Q_р/G

Используя пункт меню «подбор параметра» в программе, составленной в «ЕХСЕL», можно подобрать искомое значение температуры t_к = 259,85°С, что составляет Т_к = 501,95 К.

T_макс = T_п - T_к = 1050 –501,95 = 548,05К;

T_мин = Т_ух - Т₁ = 593 - (230+ 273) =120 К;

Теперь можно рассчитать поверхность нагрева конвекционных труб:

k₁ - коэффициент теплопередачи в конвекционной камере печи

Количество тепла, передаваемого сырью в конвекционных трубах:

Q_к = (Q_пол- Q_р)/3600 = (15,42·10⁶ -12,62·10⁶)/3600 = 777,85 кВт.

Примем k₁ = 32,6 Вт/(м²×К).

Тогда

Н_к = Q_к/(k₁×DT_ср) = 777,85 ×1000/(32,6×281,82) =84,7 м².

Выбираем трубы диаметром 152 мм с полезной длиной l_тр = 6 м.

Число радиантных труб:

(72)

Определим число труб в конвекционной камере.

(73)

В трубчатой печи для сжигания топлива применена комбинированная горелка типа ГП-2. Горелка ГП-2 конструктивно несложная и простая в эксплуатации, имеет возможность включения в систему автоматического регулирования работы печи, дает устойчивый факел пламени, имеет высокую производительность, может работать как раздельно на газе и мазуте, так и одновременно сжигать оба вида топлива, при этом она обеспечивает достаточно полное сжигание топлива.

Продукты сгорания, получающиеся при сжигании топлива в горелках, проходя по камерам печи, отдают свое тепло радиантным и конвективным трубам змеевиков и далее по газопроводу поступают в дымовую трубу.

Таблица 11 -Техническая характеристика горелки ГП-2

Тепловая мощность, МВт	2,4
Производительность по:мазуту, кг/чгазу, м3/ ч	216250
Удельный расход пара, кг/кг мазута	0,2
Коэффициент избытка воздуха при работе: на мазутена газе	1,11,08
Давление перед горелкой, МПа:мазутапара, газа	0,40,15
Длина факела, м	5,5

Количество горелок в трубчатой печи:

N_г = Q_т/q_г ,

где Q_т - полная тепловая нагрузка печи, кВт;

q_г - номинальная теплопроизводительность одной горелки, кВт. Для горелки ГП-2 q_г = 2400 кВт.

Количество горелок в печи N_г = 5653/(2400) =2,35≈ 3 шт. Принимаем ближайшее целое значение N_г =3 шт.

Расчет водяного холодильника

Экстрактный раствор в количестве G= 34882,68 кг/ч поступает в холодильник Х-2 с температурой

85°С, где охлаждается за счет воды до температуры 55°С.

Температура входа воды в холодильник

25°С, температура воды на выходе из холодильника

35°С.

Находим энтальпии потоков по формуле Крэга: