Расчет и подбор аппарата воздушного охлаждения

 

Как указано, трубы в аппаратах воздушного охлаждения имеют оребрение по наружной поверхности, поскольку коэффициент теплоотдачи на наружную поверхности труб примерно на порядок меньше коэффициента для внутренней поверхности.

В аппаратах воздушного охлаждения используют вентиляторы с диаметром колеса до 7м.

Колеса вентиляторов изготавливают сварными из алюминия или стеклопласта, диффозор – из листовой стали толщиной 2 мм. Холодильники АВГ с трубами длиной 8 м комплектуют двумя одинаковыми вентиляторами и электродвигателями (по оному вентилятору и двигателю на каждые 4м длины трубы.

Электродвигатели привода могут быть одно- и двухскоростными. При использовании двухскоростных электродвигателей с понижением температуры окружающей среды можно работать при меньшей частоте вращения вентилятора.

 

Таблица 1.2 – Основные параметры аппаратов типа АВЗ(число трубных секций в аппарате ; длина трубы l=6м).

Число рядов труб в секции	Число ходов по трубам	Коэффициент оребрения	Число труб		Полная погруженная оребренная поверхность аппарата F,	Суммарная площадь наиболее узкого межтрубного сечения ,
			в секции	в аппарате
4	1,2,4,8	9	94	564	2650	15,99
		14,6	82	492	3750	16,19
6	1,2,4,8	9	141	846	4000	15,99
		14,6	123	738	5650	16,19
8	1,2,4,8	9	188	1128	5300	15,99
		14,6	164	984	7500	16,19

 

Таблица 1.3- Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи [К,Вт\(К)] и теплонапряженности (q,Вт\), отнесенных к полной наружной оребренной поверхности (F,) АВО

Вид охлаждения	К	q, (Вт\)при (К)
		8-15	15-20	20-40	40-75
Охлаждение жидкостей	17-37	До 470	470-700	700-1000	1000-1750
Охлаждение газов	9-30	290-350	350-480	480-700	-
Конденсация нагретых паров хладагентов	14-30	130-230	230-350	350-640	-
Конденсация насыщенных паров	32-42	-	До700	700-870	870-2100
Охлаждение парогазовой смеси с конденсацией одного или нескольких компонентов	21-32	-	400-580	580-750	750-1000

 

 

Теплоноситель	r, К/Вт
Воздух	0,0002-0,0004
Дымовые газы	0,0005-0,0007
Хладагенты, рассолы, органические теплоносители	0,0002-0,0004
Вода, нефтяные дистилляты	0,0002-0,0006
Нефть, мазут	0,0005-0,0012
Гудрон, крекинг, остаток	0,002-0,010
Водяной пар	0,0001

 

2 Расчетная часть

2.1 Предварительный побор  АВГ.

Примем аппарат с биметаллическими трубами материального исполнения Б-1

2.1.1 Определим начальную  и конечную удельную энтальпию  h жидкого нефтепродукта по формуле:

1.

 

где t – температура нефтяной жидкой фракции, ;

- относительная плотность вещества при температуре 15.

В исходных данных дана относительная плотность дистиллята дизельного топлива при стандартных условиях для определения удельной энтальпии необходимо пересчитать относительную плотность вещества по формуле:

1.2

 

Где y – средняя температурная поправка относительной плотности на 1К.

Определяется по формуле М. Кусакова:

1.3

 

Найдем среднюю температурную поправку относительной плотности на 1К по формуле 1.3:

 

Пересчитаем относительную плотность со стандартных условий на относительную плотности при 15 по формуле2

 

Найдем удельную энтальпию дистиллята дизельного топлива по формуле 1:

а) начальная удельная энтальпия при температуре 130:

 

б) конечная удельная энтальпия при температуре 60

 

 

 

 

2.1.2 Тепловую нагрузку аппарата определим по формуле:

1.4

 

 

 

2.1.3 Необходимая наружная оребренная поверхность холодильника ориентировочно составит:

1.5

 

Где q – теплонапряженность, Вт/ определяется по таблице 1.3 на основании разности температур , где - температура дистиллята по заданию, - расчетная температура воздуха принимается исходя из пункта установки АВО. Рекомендуемые значения приведены в [3,10].

Для Баку принимаем: расчетную начальную температуру воздуха = 31, атмосферное давление =101,6 кПа

Разность температур = 60-31=29К по таблице 1.3 выбираем значение q1000Вт\. Подставляя в формулу значение теплонапряжённости, рассчитаем ориентировочную оребренную поверхность холодильника:

 

 

2.1.4 Подберем аппарат типа АВГ исходя из расчетных данных по таблице 1.1 с полной наружной поверхностью , который состоит из восьмирядных трубных секций с трубами длиной 1=8м; =9, =12 и =21мм. Число труб и секций 188, проходное сечение всех труб одной секции , число возможных ходов продукта в трубной секции 2,4 либо 8. Суммарная площадь наиболее узкого межтрубного сечения аппарата .

Данный аппарат снабжен двумя одинаковыми вентиляторами с пропеллером диаметром D=2800мм и углом установки лопастей . Частота вращения колеса . В расчете принято.

 Для аэродинамическая характеристика вентилятора показана на рисунке 1.

 

2.2  Проверочный расчет выбранного аппарата.

2.2.1 Рабочие  параметры вентилятора. На пересечении  линии сопротивления АВГ при восьмирядных секциях и кривой аэродинамического напора вентилятора при находим рабочую точку А (рис.1), который соответствуют следующие рабочие параметры ( отнесенные к стандартным условиям): подача =200000/ч, напор

  Па, к.п.д

2.2.2. Определяем фактические параметры работы вентилятора. За стандартные условия приняты: , к Па и . Если на входе газа (воздуха) в вентилятор условия отличаются от стандартных, то фактические параметры вентилятора – V, P и определяются из соотношений:

1.6

 

 

В данном случае , (пункт 2.1.3), а плотность воздуха определим из формулы:

2.7

 

где газа при нормальных условиях (1,293кг/);

T – температура, К.

Давление p и должны быть выражены в одинаковых единицах.

 

Таким образом, фактическое рабочие параметры вентилятора по  формуле 1.6 составляют:

 

2.3. Расчет  конечной температуры воздуха  определяется по формуле:

2.8

 

Где – расчетная температура воздуха в Баку,;

Q – тепловая нагрузка аппарата Кдж/ч;

C – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха, принимаемая в интервале температур 0 – 1000 равной 1,005 кДж/(кг) ;

g – массовый расход воздуха двумя вентиляторами, кг/ч, определяем по формуле:

1.9

 

Где – плотность воздуха для конкретных условий работы вентилятора.

V – подача воздуха (рабочие параметры вентилятора) /ч.

 

 

Видно, что температура находится в рекомендуемых пределах ( 45-60) и в то же врем выполняется условие .

2.4 Расчет  коэффициента теплоотдачи со стороны горячего потока при 140 определяются из критерия подобия Нуссельта:

1.10

 

2.4.1 Определим объемный расход продукта при температуре дистиллята 140:

1.11

 

Где G  - расход дистиллята (по условию), кг/ч;

- плотность дистиллята при 140 определяется по формуле:

1.12

 

 

 

2.4.2. Определим  скорость дистиллята на входе  в аппарат. Если продукт подается  во все три секции АВГ параллельно, а в секциях предусмотрено максимальное число ходов , то скорость продукта на входе в аппарат составит:

1.13

 

 

 

В трубном пространстве теплообменных аппаратов при подаче жидких нефтепродуктов насосом обычно принимая скорость потоков с учетом их вязкость равным 0,8-1,5м/с.

2.4.3. Средняя температура  продукта в аппарате составит:

 

2.4.4. Определим некоторые физико-химические характеристики нефтепродукта при средней температуре 95.

Плотность продукта вычисляем по формуле 1.12

 

Удельную теплоемкость вычисляем по эмпирической формуле Крега для жидких нефтепродуктов в температурном режиме от 0 до 400:

1.14

 

 

Эмперическая формула для теплопроводности жидких нефтяных фракций по Крегу имеет вид:

1.15

 

 

Для расчета кинематической вязкости нефтепродуктов воспользуемся формулой Гросса:

1.16

 

где v - кинематическая вязкость при температурах и ;

k – коэффициент, который находят по двум экспериментальным точкам температурной кривой вязкости или пользуясь формулой:

 

 

2.4.5. Объемный расход потока дистиллята при температуре 100,(формула 1.11):

 

2.4.6. Скорость дистиллята при температуре 100,(формула 1.13)

 

2.4.7. Коэффициент теплоотдачи  определяем по формуле 1.17:

 

Критерий Рейнольдса (формула 1.18):

 

 

Критерий Прандтля (формула 1.19):

 

 

Используем критериальное уравнение 1.17 теплоотдачи при турбулентном режиме:

 

Коэффициент теплоотдачи:

 

2.5. Вычисление приведенного  коэффициента теплоотдачи  со стороны холодного потока (воздуха).

2.5.1. Средняя температура  воздуха в пределах аппарата:

 

2.5.2. Среднее давление:

 

2.5.3. Средняя плотность  воздуха составит (формула 2.7):

 

2.5.4. Средняя плотность  и объем воздуха составит :

 

2.5.5. Скорость воздуха в самом узком сечении межтрубного пространства:

 

2.5.6. Коэффициент теплоотдачи находим по формуле 1.18:

 

2.6. Коэффициент теплопередачи.

Согласно табл. 1.4 примем . Тогда по формуле 1.19 имеем

 

 

Согласно табл. 1.3 при охлаждении жидких продуктов а АВО величина К находится обычно в пределах 17-37 Вт/(

2.7. Средняя разность температур.

Во всех типах АВО воздух движется поперек труб, поэтому при малом числе ходов в трубных секциях при определении средней разности температур следует вводить поправку на перекрестных ток (формула 1.20) в случае аппаратов типа АВГ при числе ходов поправка , и расчет ведут по схеме противотока:

1.20

 

 

 

 

Так как , вычисляем среднелогарифмическую разность температура между теплоносителями по формуле:

1.21

 

 

2.8. Расчет поверхности  охлаждения.

 

Потребную расчетную поверхность охлаждения находим по формуле:

1.22

 

 

Коэффициент запаса для установки АВГ, имеющейся поверхность , составит:

 

Как видим, принятый аппарат имеет достаточно большой запас поверхности теплопередачи. Корректировку величины коэффициента запаса можно осуществить несколькоми путями: изменением подачи воздуха за счет регулирования угла установки лопастей вентилятора или с помощью жалюзийного устройства.

2.9. Мощность потребляемая двигателем вентилятора АВГ.

Примем коэффициенты полезного действия редуктора и электродвигателя . для вентилятора выше было найдено .

Находим мощность потребляемую двигателем одного вентилятора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключительная часть

 

Список

Список литературы

1. Эмирджанов Р.Т., Лемберанский Р.А. Основы технологических расчетов в нефтепереработке и нефтехимии: Учеб. пособие для вузов.

-М.: Химия, 1989. 192с.

2. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей промышлености: Учеб. Пособие для вузов.