Расчет трубчатой печи для пиролиза углеводородов

ПЕЧКА Шакирзянов3без горелок.cdw

КП-2-02.069.639-1401- -12

Часть 2 (3).docx

II. Определение конструктивной схемы печи
Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья диаметра труб и теплонапряжения чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора причем теплонапряжение радиантных труб не должно превышать допустимое.
Следовательно полезная теплопроизводительность равна:
Тогда расход топлива составит:
Т=QгорQнс; Qгор=Qполп
КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения
где - соответственно теплоты потерянные с уходящими газами из-за химического и механического недожогов и в окружающую среду соответственно. В данном случае ; по справочным данным принимаем ; а тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:
где - низшая теплота сгорания найденная выше
- теплосодержание уходящих газов рассчитываемое по уравнению
tпг=400 - согласно технологическим особенностям производства.
=(1076·1923+20672·1564+8409·1321+01264·1378)·103·400= 66339кДжнм3
Вычислим теплоту горения:
Переведем теплоту горения в размерность (ккалчас)
Qгор=52837*106кДжч*14187=12619*106ккалч
Qгор1 ряд=Qгор2*5=12619*10610=12619*103ккалч
Пусть длина труб l=12мd=8мм шаг S=2d
lобогр=l1+2S2+2d2=l1+3d=12+3*0.14=12.42м
Значит максимальное число горелок:
Рассмотрим горелки типа «а».
Найдем необходимую производительность одной горелки:
По справочным таблицам выбираем горелки типа ГБП 2а
Отклонение от требуемых значении:
а=Qгор2a*nгор-Qгор1 рядQгор1 ряд=60*22-1261912619*100%=46%
гор=lобогрев-lгор*nгорnгор-1=1242-05*2222-1=0067м
Условие гор025гор выполняется 0067м0125м
Действительный расход топлива:
Qгордейст=Qгор1*nгор*2*5
Тд=QгорQнс=13200*106*4.18737.811*106*3600=0.406нм3с
ТТд; 03880408 Условие ваыполняется.
Определим число потоков по продукту:
где Gпр=12000 кгч - производительность печи
=120 кгм2с - оптимальная средняя массовая скорость продукта
- площадь сечения трубопровода.
Для дальнейшего расчета выбираем для беспламенных горелок трубы диаметром d=140мм и толщиной стенки =8мм. Тогда сечение трубопровода составляет:
Принимаем для последующего расчета nпот= 3. Тогда уточним действительную скорость продукта:
Процентное содержание каждого из компонентов: водяной пар-50% от массы сырья
Бензин n-октан -100%
Значит процентное содержание каждого компонента в смеси :
Условие выполняется значит значения определены верно.
Таким образом среднюю плотность пирогаза определим по формуле:
ρпирогаза=07093+060822=065875кгм3
Тогда линейная скорость сырья будет равна:
Определим длину труб:
здесь с - время контакта приведенное в исходных данных.
lтр!=1397421= 139742 м
Lтр= 1397423=419226 м
Ориентировочно выбираем трубу =12м
Рассчитаем приведенное значение длины трубы
Уточним линейную скорость сырья
Средняя скорость стала больше а так как скорость сырья на входе не зависит от длины трубы следовательно увеличивается только скорость на выходе из радиантной камеры:
Определим общую поверхность нагрева радиантной камеры:
Для нормального функционирования печи должно выполняться условие
где qp – потребное теплонапряжение радиантных труб
qдоп - допустимое теплонапряжение.
где:=950ºС - допустимая температура стенки при которой материал не теряет пластичность
tж- температура продукта
-учитывает равномерность обогрева зависит от конструкцией печи
-учитывает равномерность обогрева зависит от типа горелочного устройства
Допустимое теплонапряжение на входе в радиантную камеру:
Необходимые значения α2!α2 их определим из соотношения уравнения для числа Рейнольдса:
где - коэффициент кинематической вязкости рассчитываемый для смеси бензина и водяного пара:
Скорость на входе и выходе определим из:
скорость продукта на входе
скорость продукта на выходе
По справочным данным находим для бензина при 630 и пирогаза при 750
Из справочника Варгафтика:
Re!=12978*0.12434269*10-6=46959993
Re=15136*0.12451330*10-6=36564660
По уравнению подобия:
где число Прандтля для среды принимаем а
Общий коэффициент во входном сечении:
26*1584*10-3+0320*1005*10-3+0122*158*10-3+0157*1252*10-3+0076*1245*10-3+0022*120*10-3+0063*118*10-3+0014*036+03334*00962=01635 Втм*К
Таким образом находим:
Допустимое теплонапряжение:
Значит условие выполняется (3390 57806)
Компоновка радиантной камеры:
a = 12396 + 1= 13396м
Рассчитаем количество разных групп труб:
Расположим все трубы вертикально в шахматном порядке в два ряда шагом s=18d
Сравнивая высоту расположения вертикальных труб и высоту радиантной камеры 4284 485 видим что такое расположение нас устраивает горелки расположены с 2х сторон по 5 рядов на каждой:
Fрд=Fр+nпотh-hрв-05Sd=179826+3485-4.284+0.51.80.1403140.140=180.74 м2
qрд=QрFрд=21945106180.743600=3373 кВтм2
l1д=l1трд+lce=n1тр*l1+n1тр-1**dнар+lce=11*12.396+2*314*0140+08=13804 м
WРд=l1д=138041=13804 мс

Часть 2 (2).docx

II. Определение конструктивной схемы печи
Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья диаметра труб и теплонапряжения чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора причем теплонапряжение радиантных труб не должно превышать допустимое.
Следовательно полезная теплопроизводительность равна:
Тогда расход топлива составит:
Т=QгорQнс; Qгор=Qполп
КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения
где - соответственно теплоты потерянные с уходящими газами из-за химического и механического недожогов и в окружающую среду соответственно. В данном случае ; по справочным данным принимаем ; а тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:
где - низшая теплота сгорания найденная выше
- теплосодержание уходящих газов рассчитываемое по уравнению
tпг=400 - согласно технологическим особенностям производства.
=(1076·1923+20672·1564+8409·1321+01264·1378)·103·400= 66339кДжнм3
Вычислим теплоту горения:
Переведем теплоту горения в размерность (ккалчас)
Qгор=52837*106кДжч*14187=12619*106ккалч
Qгор1 ряд=Qгор2*5=12619*10610=12619*103ккалч
Пусть длина труб l=12мd=8мм шаг S=2d
lобогр=l1+2S2+2d2=l1+3d=12+3*0.14=12.42м
Значит максимальное число горелок:
Рассмотрим горелки типа «а».
Найдем необходимую производительность одной горелки:
По справочным таблицам выбираем горелки типа ГБП 2а
Отклонение от требуемых значении:
а=Qгор2a*nгор-Qгор1 рядQгор1 ряд=60*22-1261912619*100%=46%
гор=lобогрев-lгор*nгорnгор-1=1242-05*2222-1=0067м
Условие гор025гор выполняется 0067м0125м
Действительный расход топлива:
Qгордейст=Qгор1*nгор*2*5
Тд=QгорQнс=13200*106*4.18737.811*106*3600=0.406нм3с
ТТд; 03880408 Условие ваыполняется.
Определим число потоков по продукту:
где Gпр=12000 кгч - производительность печи
=120 кгм2с - оптимальная средняя массовая скорость продукта
- площадь сечения трубопровода.
Для дальнейшего расчета выбираем для беспламенных горелок трубы диаметром d=140мм и толщиной стенки =8мм. Тогда сечение трубопровода составляет:
Принимаем для последующего расчета nпот= 3. Тогда уточним действительную скорость продукта:
Процентное содержание каждого из компонентов: водяной пар-50% от массы сырья
Бензин n-октан -100%
Значит процентное содержание каждого компонента в смеси :
Условие выполняется значит значения определены верно.
Таким образом среднюю плотность пирогаза определим по формуле:
ρпирогаза=07093+060822=065875кгм3
Тогда линейная скорость сырья будет равна:
Определим длину труб:
здесь с - время контакта приведенное в исходных данных.
lтр!=1397421= 139742 м
Lтр= 1397423=419226 м
Ориентировочно выбираем трубу =12м
Рассчитаем приведенное значение длины трубы
Уточним линейную скорость сырья
Средняя скорость стала больше а так как скорость сырья на входе не зависит от длины трубы следовательно увеличивается только скорость на выходе из радиантной камеры:
Определим общую поверхность нагрева радиантной камеры:
Для нормального функционирования печи должно выполняться условие
где qp – потребное теплонапряжение радиантных труб
qдоп - допустимое теплонапряжение.
где:=950ºС - допустимая температура стенки при которой материал не теряет пластичность
tж- температура продукта
-учитывает равномерность обогрева зависит от конструкцией печи
-учитывает равномерность обогрева зависит от типа горелочного устройства
Допустимое теплонапряжение на входе в радиантную камеру:
Необходимые значения α2!α2 их определим из соотношения уравнения для числа Рейнольдса:
где - коэффициент кинематической вязкости рассчитываемый для смеси бензина и водяного пара:
Скорость на входе и выходе определим из:
скорость продукта на входе
скорость продукта на выходе
По справочным данным находим для бензина при 630 и пирогаза при 750
Из справочника Варгафтика:
Re!=12978*0.12434269*10-6=46959993
Re=15136*0.12451330*10-6=36564660
По уравнению подобия:
где число Прандтля для среды принимаем а
Общий коэффициент во входном сечении:
26*1584*10-3+0320*1005*10-3+0122*158*10-3+0157*1252*10-3+0076*1245*10-3+0022*120*10-3+0063*118*10-3+0014*036+03334*00962=01635 Втм*К
Таким образом находим:
Допустимое теплонапряжение:
Значит условие выполняется (3390 57806)
Компоновка радиантной камеры:
a = 12396 + 1= 13396м
Рассчитаем количество разных групп труб:
Расположим все трубы вертикально в шахматном порядке в два ряда шагом s=18d
Сравнивая высоту расположения вертикальных труб и высоту радиантной камеры 4284 485 видим что такое расположение нас устраивает горелки расположены с 2х сторон по 5 рядов на каждой:
Fрд=Fр+nпотh-hрв-05Sd=179826+3485-4.284+0.51.80.1403140.140=180.74 м2
qрд=QрFрд=21945106180.743600=3373 кВтм2
l1д=l1трд+lce=n1тр*l1+n1тр-1**dнар+lce=11*12.396+2*314*0140+08=13804 м
WРд=l1д=138041=13804 мс

горелки новые.cdw

Часть 5.docx

V. Гидравлический расчет
Определяем сумму гидравлических потерь в радиантной камере как сумму потерь на трение и местное сопротивление:
В дальнейшем потери давления определяем по формуле:
где - коэффициент гидравлического сопротивления
- динамический напор.
Для турбулентного режима движения в круглом канале определяем:
где - коэффициент трения определяется качеством материала трубопровода и режимом протекания жидкости в канале
где мм - шероховатость труб после нескольких лет эксплуатации
По графику зависимости Rd определяем:
По справочным данным принимаем С=1 В=1
Потери на местные сопротивления:
Гидравлические потери в конвективной камере составляют:
Из расчетов приведенных выше :
Гидравлические потери в змеевиковой части конвективной камеры состоят из 2 частей:
Из расчетов приведенных выше:
Так как число Рейнольдса больше 10000 то для турбулентного режима движения в круглом канале определяем:
Полные гидравлические потери:
Неравенство не выполняется поэтому необходимо изменить входное давление для обеспечения необходимого технологического режима новое значение входного давления:
В результате повышения входного давления необходим пересчет конвективной камеры:
Известны следующие температуры:
Найдем площадь сечения всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС
Найдем октана для двух температур:
Следовательно средняя плотность сырья составляет
Определяем число труб в конвективной камере:
где Fтр - площадь сечения одной трубы
Берем 21 труб ( 3 ряда по 7 труб)
Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли расчетное значение теплоты конвективной камеры Qкрасч достаточным для ее требуемого значения .
Расчетное значение находим по формуле
где К - коэффициент теплопередачи
- средний температурный напор
Fк - поверхность теплообмена
здесь мм - толщина трубной решетки
Найдем значение среднего температурного напора:
Средняя скорость газов:
где F - свободное сечение конвективной камеры
Тогда: где м2с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов
Уравнение подобия при 10≤Re =
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов ( ) с помощью соотношения:
Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:
Тогда искомое значение составит:
Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:
Где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение :
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Значит расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:
Следовательно условие
Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:
Следовательно условие выполняется
Высота конвективной камеры составит:

Часть 3.docx

III. Поверочный расчет радиантной камеры
Расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты радиантной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
Значит дальнейший расчет сводится к определению температуры газов на выходе из камеры . Чтобы ее определить найдем значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:
где - приведенная степень черноты продуктов горения
- функция распределения температуры топочном объеме
НЛ - эффективная плоская поверхность экранов
- коэффициент учитывающий совместное влияние излучающих объема газа и кладки
F - поверхность излучения (полная поверхность кладки печи)
Определим все составляющие вышеприведенного соотношения:
где Fi - плоская поверхность экранных труб
- фактор формы зависит от расположения экранных труб и составляет
Определим угловой коэффициент взаимного излучения поверхности кладки
Определим температуру стенки:
где - средняя температура продукта в радиантной камере
- толщина стенки трубы (8 мм)
- коэффициент теплопроводности трубы
Найдем значение по формуле:
где А=21 - постоянная для труб диаметром 50-140мм из материала Х23Н18
Таким образом находим
Теперь определяем характеристику излучения как функцию аргумента излучения
По графикам из справочной литературы определяем при полученном Х значение
Тогда по приведенной выше формуле находим температуру газов на выходе из камеры:
Разница между заданным и найденным значением составляет:
Теперь определяем расчетное значение теплоты радиантной камеры:
Значит заданное выше условие выполняется
Следовательно камера функционирует удовлетворительно соответствуя заданным параметрам.

Часть 4.3.docx

IV. Поверочный расчет конвективной камеры.
Известны следующие температуры:
При температуре от 110ºС до 140ºС: сырье – жидкость
Оптимальная скорость движения сырья в трубах мс – принимаем 2 мс
При температуре от 140ºС до 630ºС: сырье – газ
Оптимальная скорость движения сырья в трубахмс– принимаем 5 мс
Найдем площадь сечения всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110ºС до 140 ºС
Найдем октана для двух температур:
Следовательно средняя плотность сырья составляет
Определяем число труб в конвективной камере:
где Fтр - площадь сечения одной трубы
Выбираем трубы 140х8 мм
В связи с полученным числом уточняем значение скорости движения сырья в трубах
В связи неудовлетворяющей нас скоростью движения сырья выбираем трубу с наименьшим диаметром из следующего ряда стандартных выпускаемых труб:0114; 0108; 0089; 0076; метра До тех пор пока скорость движения среды в трубах не попадет интервал 1-3 мс
Выбираем трубы 114х6 мм
мс- данная скорость нас не устраивает значит берем следующую трубу из ряда.
Выбираем трубы 108х6 мм
Выбираем трубы 102х6 мм
Выбираем трубы 89х6 мм
Выбираем трубы 76х6 мм
мс- данная скорость нас устраивает значит для теплообменника будет использоваться труба размером 76х6 мм
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты конвективной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
где k- коэффициент теплопередачи
- средний температурный напор
Fк- поверхность теплообмена
где lкк - длина труб омываемая дымовыми газами
Найдем значение среднего температурного напора:
tпг.к=12011-273=9281
Тпг.к=9281+4002+273=93705 К
Найдем значение коэффициента теплопередачи. Учитывая то будем вести расчет как для плоской стенки:
где - коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкам труб и от стенок к сырью соответственно
- толщина стенки и коэффициент теплопроводности
Определим коэффициент теплоотдачи излучением:
Средняя скорость газов:
где F - свободное сечение конвективной камеры
Найдем число Рейнольдса: где м2с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов
Уравнение подобия при 10≤Re =
Находим коэффициент теплоотдачи:
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:
где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение
Тогда где =010475Втм·К Втм2·К
Значит расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:
По условию 34983>71805 не выполняется
Необходимое число труб для подогрева бензина:
Принимаем =21(3 ряда по 7 труб)
Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:
Следовательно условие выполняется
Уточним значение числа труб т.к. расчет велся для одиночных труб
Для пучка труб будет:
Из справочника при поперечном обтекании пучков труб и шахматном расположении труб используем формулу
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов ( ) с помощью соотношения:
Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:
Тогда искомое значение составит:
(10305871805) – условие выполняется
большое поэтому уменьшим число труб до 16 (2 ряда по 8 труб)
Находим коэффициент теплоотдачи для 2 рядов с помощью соотношения:
(92766> 71805) – условие выполняется
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС
Берем 23 труб ( 3 ряда по 8*7*8 труб)
Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:
здесь мм - толщина трубной решетки
Где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение :
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Следовательно условие не выполняется
Высота конвективной камеры составит:

показ 2 часть11.docx

II. Разработка конструктивной схемы печи
Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья диаметра труб и теплонапряжения чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора причем теплонапряжение радиантных труб не должно превышать допустимое.
Вычислим теплоту горения по формуле
КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения
Тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:
где - низшая теплота сгорания найденная выше
- теплосодержание уходящих газов рассчитываемое по уравнению
=(1076·1923+20672·1564+8409·1321+01264·1378)·103·400= 66339кДжнм3
Следовательно КПД печи составляет
= 1 – (0185 + 006) =0755 то есть =755 %
Полезную теплопроизводительность Qпол идущую на осуществление процесса находим как сумму теплот конвективной и радиантной камер:
Определим теплоту конвективной камеры:
Qк=Qkфиз.проц+Qkперег
Теплота идущая на подогрев:
Cбенз140=1*2541412*8+18=22293 кДжкг*к
Qкпод=8000*22993*140-110=5518323600=15329кДжс
= 1184+66651·413 + (-24493)= 24533Джмоль· К
== 215201Джкг· К = 2152 кДжкг· К
= 1184+66651·903+ (-24493)= 41398Джмоль· К
== 363140Джкг· К = 3631 кДжкг· К
= 8000 ·(3631·6302152·140)3600 = 44139кДжс
Значит теплота конвективной камеры составляет
Определяем теплоту радиантной камеры:
здесь - химическая теплота - теплота водяного пара -теплота пирогаза.
Найдем химическую теплоту радиантной камеры:
где - энтальпии образования продуктов реакции и исходных компонентов определяемые по следующим соотношениям:
Выбирая значения энтальпий веществ из справочных данных находим:
где . Значения а в и с берем для всех компонентов реакции из справочных данных. Получаем:
Находим теплоту водяного пара радиантной камеры:
где берем из ТТД таблиц для воды
Определим теплоту пирогаза
Теплоемкости пирогаза определяем как сумму произведений теплоемкостей компонентов пирогаза на их массовые доли:
Таким образом находим:
Значит теплота радиантной камеры составляет
Qp>Qk ; т.к 21891*106>18779*106 условие выполняется
Следовательно полезная теплопроизводительность равна
Вычислим теплоту горения:

показ3 Часть 3.docx

III. Поверочный расчет радиантной камеры
Расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты радиантной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
Значит дальнейший расчет сводится к определению температуры газов на выходе из камеры . Чтобы ее определить найдем значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:
где - приведенная степень черноты продуктов горения
- функция распределения температуры топочном объеме
НЛ - эффективная плоская поверхность экранов
- коэффициент учитывающий совместное влияние излучающих объема газа и кладки
F - поверхность излучения (полная поверхность кладки печи)
Определим все составляющие вышеприведенного соотношения:
где Fi - плоская поверхность экранных труб
- фактор формы зависит от расположения экранных труб и составляет
Определим угловой коэффициент взаимного излучения поверхности кладки
Определим температуру стенки:
где - средняя температура продукта в радиантной камере
- толщина стенки трубы (8 мм)
- коэффициент теплопроводности трубы
Найдем значение по формуле:
где А=21 - постоянная для труб диаметром 50-140мм из материала Х23Н18
Таким образом находим
Теперь определяем характеристику излучения как функцию аргумента излучения
По графикам из справочной литературы определяем при полученном Х значение
Тогда по приведенной выше формуле находим температуру газов на выходе из камеры:
Разница между заданным и найденным значением составляет:
Теперь определяем расчетное значение теплоты радиантной камеры:
Значит заданное выше условие выполняется
Следовательно камера функционирует удовлетворительно соответствуя заданным параметрам.

Компоновка горелок.cdw

КП2-02.069.639-1401-12-09
Компановка горелочных

печь Лена.cdw

показ 1 часть.docx

Рассчитать трубчатую печь для пиролиза углеводородов
Вид топлива: природный газ месторождение Дашавское
Сжигание топлива осуществляется с коэффициентом расхода=106
Влагосодержание в окислителе (воздухе) dок=10 гм3 температура окислителя Ток = 293К
Состав газов пиролиза:
Время пребывания пирогаза в зоне реакции = 10 сек
Вид сырья – Бензин 140
Количество водяного пара масс % от массы сырья – 50
Температура продукта на входе в печь tпр ºС – 110
Температура продукта на входе в радиантную камеру tпр ºС – 630
Температура продукта на выходе из радиантной камеры tпр ºС – 780
Бензин 140 – бензиновая фракция с температурой кипения до 140 ºС ( справочные данные берем для n-октана )
I. Расчет процесса горения
Определяем низшую теплоту сгорания топлива по формуле:
где ri - объемная доля i-го компонента топлива
Qнсi - низшая теплота сгорания i-го компонента топлива определяем по справочным данным
QнсС3Н8= 9140 МДжнм3
QнсС5Н12= 146 МДжнм3
Qнс = 001·(9830·3582+033·6375+012·914+015·118)·106 = 37811·104 Джнм3
Определяем теоретический расход окислителя:
где - теоретический расход кислорода определяем из уравнения:
= 0.01·( 2· 983 + 35·033 + 5·012 + 65·015) = 19933 нм3нм3
тогда = 19933 21·100 =94919 нм3нм3
С учетом коэффициента избытка α действительный расход окислителя равен:
= 94919 ·106 =10061 нм3нм3
Теоретический выход продуктов горения вычисляем по уравнению:
где - теоретические выходы соответственных компонентов которые определяем с помощью следующих выражений:
(1·9830+ 2·033+ 3·012+ 4·015+ 010) = 10002 нм3нм3
(2· 9830 + 3· 033+ 4·012 + 5·015 + 0124·10·10-3·10061) = 1.9882 нм3нм3
VN20=001·(N2ok·Voko+N2T)
VN20=0.01·79·10.061 +1.0=79519 нм3нм3
Таким образом = 10002 +1.9882 +79519 = 10.9403нм3нм3
Тогда действительный выход продуктов горения найдем из уравнения:
где слагаемые - действительные выходы соответствующих компонентов продуктов горения которые находим из следующих выражений:
= 1.9882 + 001·(106 –1)· 0124·10·10061 = 1.9956 нм3нм3
= 79519+ 001·(106 –1) ·79·10061=8428 нм3нм3
= 001 ·(106 - 1) ·21·10061= 01267 нм3нм3
Следовательно = 10002 + 1.9956 + 8428 + 01267 = 115505 нм3нм3
Определим объемные доли содержания компонентов в продуктах горения с помощью соотношения:
Верность полученных значений проверим выполнением условия
659 + 7296 +1727 +1097 = 100%
как видно условие выполняется значит значения объемных процентов найдены верно.
- для печей пиролиза
Vпг*Cpimax!*tmax-Vпгi*Cpi!*tпгi=Qнс*
Tmax=QHC*+Vпгi!*Cpi!*Tпг!Vпг*Сpimax
Тmax задаемся для Cpimax и определяем графически Тmax=Tmaxзад-Tmaxрасч
По таблице термодинамических свойств определим теплоемкости веществ.
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1450+1076*2335+20672*1853+01264*1529*103=179887
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1478+1076*24+20672*1932+01264*1558*103=175379
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1482+1076*2407+20672*1942+01264*1562*103=184875
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1479+1076*2401+20672*1934+01264*1559*103=176545
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*147948+1076*240184+20672*193495+01264*15590*103=176478
Тmax=1765-176478=022
Cсм=0086*240184+0172*193495+0727*147948+001*155904=1630кДжкг*К

III.docx

III. Поверочный расчет радиантной камеры
Расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты радиантной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
Значит дальнейший расчет сводится к определению температуры газов на выходе из камеры . Чтобы ее определить найдем значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:
где - приведенная степень черноты продуктов горения
- функция распределения температуры топочном объеме
НЛ - эффективная плоская поверхность экранов
- коэффициент учитывающий совместное влияние излучающих объема газа и кладки
F - поверхность излучения (полная поверхность кладки печи)
Определим все составляющие вышеприведенного соотношения:
где Fi - плоская поверхность экранных труб
- фактор формы зависит от расположения экранных труб и составляет
Определим угловой коэффициент взаимного излучения поверхности кладки
Определим температуру стенки:
где - средняя температура продукта в радиантной камере
- толщина стенки трубы (8 мм)
- коэффициент теплопроводности трубы
Найдем значение по формуле:
где А=21 - постоянная для труб диаметром 50-140мм из материала Х23Н18
Определим общую поверхность труб камеры:
Таким образом находим
Теперь определяем характеристику излучения как функцию аргумента излучения
По графикам из справочной литературы определяем при полученном Х значение
Тогда по приведенной выше формуле находим температуру газов на выходе из камеры:
Разница между заданным и найденным значением составляет:
00 – 1079401= 120599> 5 K
Найдем новое значение
79401 – 1194928= -115527> 5 K
94928 – 1196831= -19035 K Условие выполняется.
Теперь определяем расчетное значение теплоты радиантной камеры:
Значит заданное выше условие выполняется
Следовательно камера функционирует удовлетворительно соответствуя заданным параметрам.

Часть 2.docx

II. Разработка конструктивной схемы печи
Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья диаметра труб и теплонапряжения чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора причем теплонапряжение радиантных труб не должно превышать допустимое.
Вычислим теплоту горения по формуле
КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения
Тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:
где - низшая теплота сгорания найденная выше
- теплосодержание уходящих газов рассчитываемое по уравнению
=(1076·1923+20672·1564+8409·1321+01264·1378)·103·400= 66339кДжнм3
Следовательно КПД печи составляет
= 1 – (0175 + 006) =0765 то есть =765 %
Полезную теплопроизводительность Qпол идущую на осуществление процесса находим как сумму теплот конвективной и радиантной камер:
Определим теплоту конвективной камеры:
Qк=Qkфиз.проц+Qkперег
Теплота идущая на подогрев:
Cбенз140=1*2541412*8+18=22293 кДжкг*к
Qкпод=8000*22993*140-110=5518323600=15329кДжс
VN20=21075 *7921+0.05=7.978нм3нм3
Действительный расход воды:
= 20671 + 001·(106 –1)· 0124·10·10036 = 20672 нм3нм3
= 1184+66651·413 + (-24493)= 24533Джмоль· К
== 215201Джкг· К = 2152 кДжкг· К
= 1184+66651·903+ (-24493)= 41398Джмоль· К
== 363140Джкг· К = 3631 кДжкг· К
= 8000 ·(3631·6302152·140) = 15890000кДжч
Значит теплота конвективной камеры составляет
Определяем теплоту радиантной камеры:
здесь - химическая теплота - теплота водяного пара -теплота пирогаза.
Найдем химическую теплоту радиантной камеры:
где - энтальпии образования продуктов реакции и исходных компонентов определяемые по следующим соотношениям:
Выбирая значения энтальпий веществ из справочных данных находим:
где . Значения а в и с берем для всех компонентов реакции из справочных данных.Получаем:
Находим теплоту водяного пара радиантной камеры:
где берем из ТТД таблиц для воды
Определим теплоту пирогаза
Теплоемкости пирогаза определяем как сумму произведений теплоемкостей компонентов пирогаза на их массовые доли:
Таким образом находим:
Значит теплота радиантной камеры составляет
Следовательно полезная теплопроизводительность равна
Вычислим теплоту горения:
Тогда расход топлива составит

показ2асть 22.docx

II. Определение конструктивной схемы печи
Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья диаметра труб и теплонапряжения чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора причем теплонапряжение радиантных труб не должно превышать допустимое.
Следовательно полезная теплопроизводительность равна:
Тогда расход топлива составит:
Т=QгорQнс; Qгор=Qполп
КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения
где - соответственно теплоты потерянные с уходящими газами из-за химического и механического недожогов и в окружающую среду соответственно. В данном случае ; по справочным данным принимаем ; а тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:
где - низшая теплота сгорания найденная выше
- теплосодержание уходящих газов рассчитываемое по уравнению
tпг=400 - согласно технологическим особенностям производства.
=(1076·1923+20672·1564+8409·1321+01264·1378)·103·400= 66339кДжнм3
Вычислим теплоту горения:
Переведем теплоту горения в размерность (ккалчас)
Qгор=53536*106кДжч*14187=12786*106ккалч
Qгор1 ряд=Qгор2*5=12786*10610=12786*103ккалч
Пусть длина труб l=12мd=8мм шаг S=2d
lобогр=l1+2S2+2d2=l1+3d=12+3*0.14=12.42м
Значит максимальное число горелок:
Рассмотрим горелки типа «а».
Найдем необходимую производительность одной горелки:
По справочным таблицам выбираем горелки типа ГБП 2а
Отклонение от требуемых значении:
а=Qгор2a*nгор-Qгор1 рядQгор1 ряд=60*22-12619*100%=4.54%
гор=lобогрев-lгор*nгорnгор-1=1242-05*2222-1=0067м
Условие гор025гор выполняется 0067м0125м
Действительный расход топлива:
Qгордейст=Qгор1*nгор*2*5
Тд=QгорQнс=13200*106*4.18735.811*106*3600=0.428нм3с
ТТд; 04160428 Условие выполняется.
Определим число потоков по продукту:
где Gпр=12000 кгч - производительность печи
=120 кгм2с - оптимальная средняя массовая скорость продукта
- площадь сечения трубопровода.
Для дальнейшего расчета выбираем для беспламенных горелок трубы диаметром d=140мм и толщиной стенки =8мм. Тогда сечение трубопровода составляет:
Принимаем для последующего расчета nпот= 3. Тогда уточним действительную скорость продукта:
Процентное содержание каждого из компонентов: водяной пар-50% от массы сырья
Бензин n-октан -100%
Значит процентное содержание каждого компонента в смеси :
Условие выполняется значит значения определены верно.
Таким образом среднюю плотность пирогаза определим по формуле:
ρпирогаза=07093+060822=065875кгм3
Тогда линейная скорость сырья будет равна:
Определим длину труб:
здесь с - время контакта приведенное в исходных данных.
lтр!=1397421= 139742 м
Lтр= 1397423=419226 м
Ориентировочно выбираем трубу =12м
Рассчитаем приведенное значение длины трубы
Уточним линейную скорость сырья
Средняя скорость стала больше а так как скорость сырья на входе не зависит от длины трубы следовательно увеличивается только скорость на выходе из радиантной камеры:
Определим общую поверхность нагрева радиантной камеры:
Для нормального функционирования печи должно выполняться условие
где qp – потребное теплонапряжение радиантных труб
qдоп - допустимое теплонапряжение.
где:=950ºС - допустимая температура стенки при которой материал не теряет пластичность
tж- температура продукта
-учитывает равномерность обогрева зависит от конструкцией печи
-учитывает равномерность обогрева зависит от типа горелочного устройства
Допустимое теплонапряжение на входе в радиантную камеру:
Необходимые значения α2!α2 их определим из соотношения уравнения для числа Рейнольдса:
где - коэффициент кинематической вязкости рассчитываемый для смеси бензина и водяного пара:
Скорость на входе и выходе определим из:
скорость продукта на входе
скорость продукта на выходе
По справочным данным находим для бензина при 630 и пирогаза при 750
Из справочника Варгафтика:
Re!=12978*0.12434269*10-6=46959993
Re=15136*0.12451330*10-6=36564660
По уравнению подобия:
где число Прандтля для среды принимаем а
Общий коэффициент во входном сечении:
26*1584*10-3+0320*1005*10-3+0122*158*10-3+0157*1252*10-3+0076*1245*10-3+0022*120*10-3+0063*118*10-3+0014*036+03334*00962=01635 Втм*К
Таким образом находим:
Допустимое теплонапряжение:
Значит условие выполняется (3390 57806)
Компоновка радиантной камеры:
a = 12396 + 1= 13396м
Рассчитаем количество разных групп труб:
Расположим все трубы вертикально в шахматном порядке в два ряда шагом s=18d
Сравнивая высоту расположения вертикальных труб и высоту радиантной камеры 4284 485 видим что такое расположение нас устраивает горелки расположены с 2х сторон по 5 рядов на каждой:
Fрд=Fр+nпотh-hрв-05Sd=179826+3485-4.284+0.51.80.1403140.140=180.74 м2
qрд=QрFрд=21945106180.743600=3373 кВтм2
l1д=l1трд+lce=n1тр*l1+n1тр-1**dнар+lce=11*12.396+2*314*0140+1=13804 м
WРд=l1д=138041=13804 мс

Часть 3 (2).docx

III. Поверочный расчет радиантной камеры
Расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты радиантной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
Значит дальнейший расчет сводится к определению температуры газов на выходе из камеры . Чтобы ее определить найдем значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:
где - приведенная степень черноты продуктов горения
- функция распределения температуры топочном объеме
НЛ - эффективная плоская поверхность экранов
- коэффициент учитывающий совместное влияние излучающих объема газа и кладки
F - поверхность излучения (полная поверхность кладки печи)
Определим все составляющие вышеприведенного соотношения:
где Fi - плоская поверхность экранных труб
- фактор формы зависит от расположения экранных труб и составляет
Определим угловой коэффициент взаимного излучения поверхности кладки
Определим температуру стенки:
где - средняя температура продукта в радиантной камере
- толщина стенки трубы (8 мм)
- коэффициент теплопроводности трубы
Найдем значение по формуле:
где А=21 - постоянная для труб диаметром 50-140мм из материала Х23Н18
Таким образом находим
Теперь определяем характеристику излучения как функцию аргумента излучения
По графикам из справочной литературы определяем при полученном Х значение
Тогда по приведенной выше формуле находим температуру газов на выходе из камеры:
Разница между заданным и найденным значением составляет:
Теперь определяем расчетное значение теплоты радиантной камеры:
Значит заданное выше условие выполняется
Следовательно камера функционирует удовлетворительно соответствуя заданным параметрам.

Задание+ график.docx

Рассчитать трубчатую печь для пиролиза углеводородов
Вид топлива: попутный или нефтяной газ месторождение Степановское
Сжигание топлива осуществляется с коэффициентом расхода=106
Влагосодержание в окислителе (воздухе) dок=10 гм3 температура окислителя Ток = 293К
Состав газов пиролиза:
Время пребывания пирогаза в зоне реакции = 10 сек
Вид сырья – Бензин 140
Количество водяного пара масс % от массы сырья – 50
Температура продукта на входе в печь tпр ºС – 110
Температура продукта на входе в радиантную камеру tпр ºС – 630
Температура продукта на выходе из радиантной камеры tпр ºС – 780
Бензин 140 – бензиновая фракция с температурой кипения до 140 ºС ( справочные данные берем для n-октана )
I. Расчет процесса горения
Определяем низшую теплоту сгорания топлива по формуле:
где ri - объемная доля i-го компонента топлива
Qнсi - низшая теплота сгорания i-го компонента топлива определяем по справочным данным
QнсС3Н8= 9140 МДжнм3
QнсС5Н12= 146 МДжнм3
Qнс = 001·(951·3582+23·6375+07·914+04·118+08·146)·106 = 37811·104 Джнм3
Определяем теоретический расход окислителя:
где - теоретический расход кислорода определяем из уравнения:
= 0.01·( 2· 951 + 35·23 + 5·07 + 65·04 + 8·08) = 21075 нм3нм3
тогда = 2107521·100 =10036 нм3нм3
С учетом коэффициента избытка α действительный расход окислителя равен:
= 10036 ·106 =10638 нм3нм3
Теоретический выход продуктов горения вычисляем по уравнению:
где - теоретические выходы соответственных компонентов которые определяем с помощью следующих выражений:
(1·951+ 2·23+ 3·07+ 4·04+ 5·08 + 02) = 1076 нм3нм3
VH2O0=n2*CmHn+0.124*dок*Vок0
(2·951 + 3·23+ 4·07 + 5·04 + 6·0+ 0124·10·10-3·10036) = 20671 нм3нм3
VN20=001·(N2ok·Voko+N2T)
VN20=0.01·79·10036+05=7933 нм3нм3
Таким образом = 1076+20671+7933 = 110761нм3нм3
Тогда действительный выход продуктов горения найдем из уравнения:
где слагаемые - действительные выходы соответствующих компонентов продуктов горения которые находим из следующих выражений:
= 20671 + 001·(106 –1)· 0124·10·10036 = 20672 нм3нм3
= 7933+ 001·(106 –1) ·79·10036=8409 нм3нм3
= 001 ·(106 - 1) ·21·10036= 01264 нм3нм3
Следовательно = 1076 + 20672 + 8409 + 01264 = 116786 нм3нм3
Определим объемные доли содержания компонентов в продуктах горения с помощью соотношения:
Верность полученных значений проверим выполнением условия
2 + 7200 +1770 +108 = 100%
Теплота сгорания топлива
Расход топлива:Т=QгорQнс;Qгор=Qполп
КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения
где - соответственно теплоты потерянные с уходящими газами из-за химического и механического недожогов и в окружающую среду соответственно. В данном случае ; по справочным данным принимаем ; а тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:
где - низшая теплота сгорания найденная выше
- теплосодержание уходящих газов рассчитываемое по уравнению
tпг=400 - согласно технологическим особенностям производства.
=(1076·1923+20672·1564+8409·1321+01264·1378)·103·400= 66339кДжнм3
Следовательно КПД печи составляет
= 1 – (0175 + 006) =0765 то есть =765 %
Полезную теплопроизводительность Qпол идущую на осуществление процесса находим как сумму теплот конвективной и радиантной камер:
Определим теплоту конвективной камеры:
Qконв.к=Qкподогр+Qkфиз.проц+Qkперег
Теплота идущая на подогрев:
Cбенз110=2541412*8+18=22293 кДжкг*К
Qкпод=8000*22993*140-110=5518323600=15329кДжс
Теплоемкости бензиновой смеси при 140°С и 630°С:
Ср=а+вТ+сТ2;авс- коэффициенты из справочников
Ср140С8Н18=1184+66651·413 + (-24493)= 24533кДжкг*К
Ср140С8Н18=Cpi=2453312*8+18=2152 кДжкг*К
Ср630С8Н18=1184+66651·903+ (-24493)= 41398кДжкг*К
Ср630С8Н18=Cpi=413.9812*8+18=3631 кДжкг*К
= 8000 QUOTE *(3631·630 2152·140)3600 = 44139 кДжc
Qконв.к=15329+56476+44139=513195кДжс
Определяем теплоту радиантной камеры:
здесь - химическая теплота - теплота водяного пара -теплота пирогаза.
Найдем химическую теплоту радиантной камеры:
Qp0=8000*-74.85*0.22616*10-3+52.3*0.32028*10-3+-84.67*0.12230*10-3+53.3*0.15742*10-3+-103.85*0.07644*10-3+110.16*0.02254*10-3+-146.44*0.06360*10-3--208.45*1114*10-3=10716320 кДжч
a=11.84114*10-3-14.3216*10-3*0.226+11.3228*10-3*0.320+5.7530*10-3*0.122+-14.9442*10-3*0.157+1.7244*10-3*0.076+8.0854*10-3*0.022+6.972*10-3*0.063+28.82*10-3*0.014=-409.22 Джкг*К
b=666.51*10-3114*10-3-74*10-316*10-3*0.226+122.01-328*10-3*0.320+175.11*10-330*10-3*0.122+268.91*10-342*10-3*0.157+270.75*10-344*10-3*0.076+273.22*10-354*10-3*0.022+425.93*10-372*10-3*0.063+0.0276*10-32*10-3*0.014=0.738 Джкг*К2
c=-244.93*10-6114*10-3--17.43*10-616*10-3*0.226+-37.9*10-628*10-30.322+-57.85*10-630*10-30.122+-105.9*10-642*10-3*0.157+-94.48*10-644*10-30.076+-111.75*10-654*10-30.022+-154.39*10-672*10-3*0.063+-1.92*10-62*10-3*0.014=-0.478*10-3 Джкг*К3
Находим теплоту водяного пара радиантной камеры:
Определим теплоту пирогаза:
Теплоемкости пирогаза определяем как сумму произведений теплоемкостей компонентов пирогаза на их массовые доли:
22 кДжкг·К 4103 кДжкг·К
Таким образом находим:
Значит теплота радиантной камеры составляет
Qp>Qk ; т.к 21945*106>18475*106 условие выполняется
Vпг*Cpimax!*tmax-Vпгi*Cpi!*tпгi=Qнс*
Tmax=QHC*+Vпгi!*Cpi!*Tпг!Vпг*Сpimax
Тmax задаемся для Cpimax и определяем графически Тmax=Tmaxзад-Tmaxрасч
По таблице термодинамических свойств определим теплоемкости веществ.
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1450+1076*2335+20672*1853+01264*1529*103=191387
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1478+1076*24+20672*1932+01264*1558*103=186679
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1482+1076*2407+20672*1942+01264*1562*103=186075
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1479+1076*2401+20672*1934+01264*1559*103=186545
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*147948+1076*240184+20672*193495+01264*15590*103=186478
Тmax=1865-186478=022
Cсм=00922*240184+01770*193495+072*147948+00108*155904=1646кДжкг*К

готовый вариант.docx

Рассчитать трубчатую печь для пиролиза углеводородов
Вид топлива: попутный или нефтяной газ месторождение Степановское
Сжигание топлива осуществляется с коэффициентом расхода=106
Влагосодержание в окислителе (воздухе) dок=10 гм3 температура окислителя Ток = 293К
Состав газов пиролиза:
Время пребывания пирогаза в зоне реакции = 10 сек
Вид сырья – Бензин 140
Количество водяного пара масс % от массы сырья – 50
Температура продукта на входе в печь tпр ºС – 110
Температура продукта на входе в радиантную камеру tпр ºС – 630
Температура продукта на выходе из радиантной камеры tпр ºС – 780
Бензин 140 – бензиновая фракция с температурой кипения до 140 ºС ( справочные данные берем для n-октана )
I. Расчет процесса горения
Определяем низшую теплоту сгорания топлива по формуле:
где ri - объемная доля i-го компонента топлива
Qнсi - низшая теплота сгорания i-го компонента топлива определяем по справочным данным
QнсС3Н8= 9140 МДжнм3
QнсС5Н12= 146 МДжнм3
Qнс = 001·(951·3582+23·6375+07·914+04·118+08·146)·106 = 37811·104 Джнм3
Определяем теоретический расход окислителя:
где - теоретический расход кислорода определяем из уравнения:
= 0.01·( 2· 951 + 35·23 + 5·07 + 65·04 + 8·08) = 21075 нм3нм3
тогда = 2107521·100 =10036 нм3нм3
С учетом коэффициента избытка α действительный расход окислителя равен:
= 10036 ·106 =10638 нм3нм3
Теоретический выход продуктов горения вычисляем по уравнению:
где - теоретические выходы соответственных компонентов которые определяем с помощью следующих выражений:
(1·951+ 2·23+ 3·07+ 4·04+ 5·08 + 02) = 1076 нм3нм3
(2·951 + 3·23+ 4·07 + 5·04 + 6·08+ 0124·10·10-3·10036) = 20671 нм3нм3
VN20=001·(N2ok·Voko+N2T)
VN20=0.01·79·10036+05=7933 нм3нм3
Таким образом = 1076+20671+7933 = 110761нм3нм3
Тогда действительный выход продуктов горения найдем из уравнения:
где слагаемые - действительные выходы соответствующих компонентов продуктов горения которые находим из следующих выражений:
= 20671 + 001·(106 –1)· 0124·10·10036 = 20672 нм3нм3
= 7933+ 001·(106 –1) ·79·10036=8409 нм3нм3
= 001 ·(106 - 1) ·21·10036= 01264 нм3нм3
Следовательно = 1076 + 20672 + 8409 + 01264 = 116786 нм3нм3
Определим объемные доли содержания компонентов в продуктах горения с помощью соотношения:
Верность полученных значений проверим выполнением условия
2 + 7200 +1770 +108 = 100%
как видно условие выполняется значит значения объемных процентов найдены верно.
- для печей пиролиза
Vпг*Cpimax!*tmax-Vпгi*Cpi!*tпгi=Qнс*
Tmax=QHC*+Vпгi!*Cpi!*Tпг!Vпг*Сpimax
Тmax задаемся для Cpimax и определяем графически Тmax=Tmaxзад-Tmaxрасч
По таблице термодинамических свойств определим теплоемкости веществ.
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1450+1076*2335+20672*1853+01264*1529*103=191387
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1478+1076*24+20672*1932+01264*1558*103=186679
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1482+1076*2407+20672*1942+01264*1562*103=186075
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1479+1076*2401+20672*1934+01264*1559*103=186545
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*147948+1076*240184+20672*193495+01264*15590*103=186478
Тmax=1865-186478=022
Cсм=00922*240184+01770*193495+072*147948+00108*155904=1646кДжкг*К
II. Разработка конструктивной схемы печи
Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья диаметра труб и теплонапряжения чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора причем теплонапряжение радиантных труб не должно превышать допустимое.
Вычислим теплоту горения по формуле
КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения
Тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:
где - низшая теплота сгорания найденная выше
- теплосодержание уходящих газов рассчитываемое по уравнению
=(1076·1923+20672·1564+8409·1321+01264·1378)·103·400= 66339кДжнм3
Следовательно КПД печи составляет
= 1 – (0175 + 006) =0765 то есть =765 %
Полезную теплопроизводительность Qпол идущую на осуществление процесса находим как сумму теплот конвективной и радиантной камер:
Определим теплоту конвективной камеры:
Qк=Qkфиз.проц+Qkперег
Теплота идущая на подогрев:
Cбенз140=1*2541412*8+18=22293 кДжкг*к
Qкпод=8000*22993*140-110=5518323600=15329кДжс
= 1184+66651·413 + (-24493)= 24533Джмоль· К
== 215201Джкг· К = 2152 кДжкг· К
= 1184+66651·903+ (-24493)= 41398Джмоль· К
== 363140Джкг· К = 3631 кДжкг· К
= 8000 ·(3631·6302152·140) = 15890000кДжч
Значит теплота конвективной камеры составляет
Определяем теплоту радиантной камеры:
здесь - химическая теплота - теплота водяного пара -теплота пирогаза.
Найдем химическую теплоту радиантной камеры:
где - энтальпии образования продуктов реакции и исходных компонентов определяемые по следующим соотношениям:
Выбирая значения энтальпий веществ из справочных данных находим:
где . Значения а в и с берем для всех компонентов реакции из справочных данных.Получаем:
Находим теплоту водяного пара радиантной камеры:
где берем из ТТД таблиц для воды
Определим теплоту пирогаза
Теплоемкости пирогаза определяем как сумму произведений теплоемкостей компонентов пирогаза на их массовые доли:
Таким образом находим:
Значит теплота радиантной камеры составляет
Следовательно полезная теплопроизводительность равна
Вычислим теплоту горения:
Тогда расход топлива составит
II. Определение конструктивной схемы печи
Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья диаметра труб и теплонапряжения чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора причем теплонапряжениерадиантных труб не должно превышать допустимое.
Определим число потоков по продукту:
где Gпр=12000 кгч - производительность печи
=120 кгм2с - оптимальная средняя массовая скорость продукта
- площадь сечения трубопровода.
Для дальнейшего расчета выбираем для беспламенных горелок трубы диаметром d=140мм и толщиной стенки =8мм. Тогда сечение трубопровода составляет:
Принимаем для последующего расчета nпр= 3. Тогда уточним действительную скорость продукта:
Условие выполняется значит значения определены верно.
Таким образом среднюю плотность пирогаза определим по формуле:
Тогда линейная скорость сырья будет равна
Определим длину труб:
здесь с - время контакта приведенное в исходных данных.
Ориентировочно выбираем трубу =12м
Рассчитаем приведенное значение длины трубы
Уточним линейную скорость сырья
Средняя скорость стала больше а так как скорость сырья на входе не зависит от длины трубы следовательно увеличивается только скорость на выходе из радиантной камеры:
Определим общую поверхность нагрева радиантной камеры:
Для нормального функционирования печи должно выполняться условие
где qp – потребное теплонапряжение радиантных труб
qдоп - допустимое теплонапряжение.
Допустимое теплонапряжение рассчитаем по уравнению
где:=950ºС - допустимая температура стенки
t - температура продукта
-учитывает равномерность обогрева зависит от конструкции печи
-учитывает равномерность обогрева зависит от типа горелочного устройства
где - коэффициент кинематической вязкости рассчитываемый для смеси бензина и водяного пара:
Из справочника Варгафтика:
С учетом полученных значений вычислим
Используем следующее уравнение подобия:
где число Прандтля для среды принимаем а
Тогда число Нуссельта составляет
Известно что . Отсюда
Коэффициент теплопроводности λж потока среды находим по формуле
где λi для компонентов смеси находим из справочных таблиц.
Таким образом находим
Следовательно допустимое теплонапряжение на входе и выходе составляет:
Среднее значение допустимоготеплонапряжения:
Значит условие выполняется (28186 478).
Компоновка радиантной камеры:
a = 12396 + 1= 13396м
Рассчитаем количество разных групп труб:
Расположим все трубы вертикально в шахматном порядке в два ряда шагом s=18d
Сравнивая высоту расположения вертикальных труб и высоту радиантной камеры 4284 485 видим что такое расположение нас устраивает.
Определим мощность одного ряда горелок учитывая что горелки расположены с 2х сторон по 5 рядов на каждой:
Определяем число горелок в одном ряду:
горелки типа «а»: Принимаем
горелки типа «б»: Принимаем
Рассмотрим горелки типа «а».
Найдем необходимую производительность одной горелки:
По справочным таблицам подбираем горелки типа ГБП 2а с производительностью
Тогда один ряд таких горелок обеспечивает теплоту
Определим отклонение от требуемого значения:
По справочным таблицам подбираем горелки типа ГБП 1б с производительностью
Горелки не помещаются
Таким образом выбрали горелки ГБП 2a.
Вычисляем действительный расход топлива:
III. Поверочный расчет радиантной камеры
Расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты радиантной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
Значит дальнейший расчет сводится к определению температуры газов на выходе из камеры . Чтобы ее определить найдем значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:
где - приведенная степень черноты продуктов горения
- функция распределения температуры топочном объеме
НЛ - эффективная плоская поверхность экранов
- коэффициент учитывающий совместное влияние излучающих объема газа и кладки
F - поверхность излучения (полная поверхность кладки печи)
Определим все составляющие вышеприведенного соотношения:
где Fi - плоская поверхность экранных труб
- фактор формы зависит от расположения экранных труб и составляет
где - угловой коэффициент взаимного излучения поверхности кладки зависит от Н и F:
Температуру газов на выходе из камеры находим из соотношения
здесь - характеристика излучения
ΔТ - температурная поправка учитывает долю поправки между излучением-конвекцией.
Для того чтобы рассчитать графическим методом необходимо рассчитать теплоемкость отходящих газов при предполагаемом интервале в котором находится значение )
КП 2-02.069.639-1401-05-12
Определяем температурную поправку ΔТ:
где - коэффициент теплоотдачи от продуктов горения и стенок экрана
Тст - температура стенки
где - средняя температура продукта в радиантной камере
- толщина стенки трубы (8 мм)
- коэффициент теплопроводности трубы
Найдем значение по формуле:
где А=21 - постоянная для труб диаметром 50-140мм из материала Х23Н18
Определим общую поверхность труб камеры:
Теперь определяем характеристику излучения как функцию аргумента излучения
По графикам из справочной литературы определяем при полученном Х значение
Тогда по приведенной выше формуле находим температуру газов на выходе из камеры:
Разница между заданным и найденным значением составляет:
00 – 122556 = 17444 > 5 K
Найдем новое значение
Теперь определяем расчетное значение теплоты радиантной камеры:
Значит заданное выше условие выполняется
Следовательно камера функционирует удовлетворительно соответствуя заданным параметрам.
IV. Поверочный расчет конвективной камеры.
Известны следующие температуры:
При температуре от 110ºС до 140ºС: сырье – жидкость
Оптимальная скорость движения сырья в трубах мс – принимаем 2 мс
При температуре от 140ºС до 630ºС: сырье – газ
Оптимальная скорость движения сырья в трубахмс– принимаем 5 мс
Найдем площадь сечения всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110ºС до 140 ºС
Найдем октана для двух температур:
Следовательно средняя плотность сырья составляет
Определяем число труб в конвективной камере:
где Fтр - площадь сечения одной трубы
Выбираем трубы 89х6 мм
Округляем до= 1 ( змеевик)
В связи с полученным числом уточняем значение скорости движения сырья в трубах
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты конвективной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
где k- коэффициент теплопередачи
- средний температурный напор
Fк- поверхность теплообмена
где lкк - длина труб омываемая дымовыми газами
Найдем значение среднего температурного напора:
Найдем значение коэффициента теплопередачи. Учитывая то будем вести расчет как для плоской стенки:
где - коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкам труб и от стенок к сырью соответственно
- толщина стенки и коэффициент теплопроводности
Коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов рассчитаем по формуле:
здесь - конвективная и лучистая составляющая
Определим коэффициент теплоотдачи излучением:
Определим коэффициент теплоотдачи конвекцией . Для этого используем теорию подобия.
Найдем число Рейнольдса:
где м2с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов при температуре 6730С
- средняя скорость газов
где F - свободное сечение конвективной камеры
Из справочника для поперечного обмывания цилиндра при 10≤Re =используем уравнение подобия:
Находим коэффициент теплоотдачи:
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:
где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение
Тогда где =010475Втм·К при 370ºС
Значит расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:
По условию 42258>86832 не выполняется
Необходимое число труб для подогрева бензина:
Принимаем =21(3 ряда по 7 труб)
Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:
Следовательно условие выполняется
Уточним значение числа труб т.к. расчет велся для одиночных труб
Для пучка труб будет:
Из справочника при поперечном обтекании пучков труб и шахматном расположении труб используем формулу
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов ( ) с помощью соотношения:
Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:
Тогда искомое значение составит:
(1026627 86832) – условие выполняется
большое поэтому уменьшим число труб до 20 (3 ряда по 7х6х7 труб)
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов с помощью соотношения:
(977742 86832) – условие выполняется
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС
Берем 18 труб ( 3 ряда по 6 труб)
Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:
Уменьшим число туб т.к. скорость движения сырья мала и не вписывается в заданный интервал 45-6мс
Берем 14 труб ( 3 ряда по 7 труб)
здесь мм - толщина трубной решетки
Подставляем полученное значение в уравнение :
Тогда где =010475Втм·К
Высота конвективной камеры составит:
V. Гидравлический и аэродинамический расчеты.
Гидравлический расчет
Определяем гидравлические потери в радиантной камере как сумму потерь на трение и местное сопротивление:
В дальнейшем потери давления определяем по формуле:
где - коэффициент гидравлического сопротивления
- динамический напор.
Из расчетов приведенных выше
где - коэффициент трения определяется качеством материала трубопровода и режимом протекания жидкости в канале
Так как число Рейнольдса больше 10000 то для турбулентного режима движения в круглом канале определяем:
где мм - шероховатость труб после нескольких лет эксплуатации
По справочным данным принимаем С=1 В=1
Гидравлические потери в конвективной камере составляют:
Из расчетов приведенных выше (п.IV стр.29)
Гидравлические потери в змеевиковой части конвективной камеры состоят из 2 частей:
Из расчетов приведенных выше (п IV стр.25)
Полные гидравлические потери:
Неравенство не выполняется поэтому необходимо изменить входное давление для обеспечения необходимого технологического режима новое значение входного давления:
В результате повышения входного давления необходим пересчет конвективной камеры
Найдем суммарную площадь сечений всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110 до 630
Определяем число труб в конвективной камере: берем трубы 89х6 мм
Примем количество труб в одной секции 14 выбираем шахматное расположение труб 2 ряда по 7 труб.
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли расчетное значение теплоты конвективной камеры Qкрасч достаточным для ее требуемого значения .
Расчетное значение находим по формуле
где К - коэффициент теплопередачи
Fк - поверхность теплообмена
Чтобы условие выполнялось необходимо:
Пересчитаем коэффициент теплоотдачи с учетом количества секций
Следовательно условие выполняется и значит вышеприведенные расчеты верны а работа камеры обеспечивает заданные параметры.
Уменьшим число секций до 15
Аэродинамический расчет
Расчет проводим с целью определить исправность тяги. Чтобы тяга работала необходимо чтобы общие потери давления в печи не превышали расчетного. Разделим весь путь газов на участки:
а) потери в радиантной камере
Где - коэффициент трения определяется качеством материала трубопровода и режимом протекания жидкости в камере.
Так как число Рейнольдса потока дымовых газов в радиантной камере для этого сначала находим эквивалентный диаметр камеры:
где с = 12м – ширина радиантной камеры в месте перхода в конвективную камеру;
а = 12396м длина радиантной камеры.
Для турбулентного режима движения используем формулу:
б) потери при переходе из радиантной камеры в конвективную
F0 F1 - соответственно площади каналов из которого выходят газы и в который они входят
количество дымовых труб.
где ширина конвективной камеры ширина радиантной камеры
в) потери в конвективной камере
г) Потери при переходе из конвективной камеры в трубу
д) потери в дымоходе
Для тубулентного ражима:
Значит в общем потери составляют:
Определяем расчетные потери:
где - плотность воздуха при максимальной температуре для данного региона ( при +25°С)
- плотность дымовых газовпри
= 14 – коэффициентзапаса
B – барометрическое давление
Таким образом поставленное условие (21992>011) выполняется следовательно тяга работает.

Печь 13,396.cdw

КП2-02.069.639-1401-05-16

Часть 6.docx

Аэродинамический расчет
Расчет проводим с целью определить исправность тяги. Чтобы тяга работала необходимо чтобы общие потери давления в печи не превышали расчетного. Разделим весь путь газов на участки:
Разделим весь путь газов на участки:
а) потери в радиантной камере
Динамический напор:
Где - коэффициент трения определяется качеством материала трубопровода и режимом протекания жидкости в камере.
Для определения числа Рейнольдса потока дымовых газов в радиантной камере для этого сначала находим эквивалентный диаметр камеры:
где с = 12м – ширина радиантной камеры в месте перхода в конвективную камеру;
а = 13396м длина радиантной камеры.
Для турбулентного режима движения используем формулу:
б) потери при переходе из радиантной камеры в конвективную
F0 F1 - соответственно площади каналов из которого выходят газы и в который они входят
где ширина конвективной камеры ширина радиантной камеры
в) потери в конвективной камере
г) Потери при переходе из конвективной камеры в трубу
количество дымовых труб.
д) потери в дымоходе
Для тубулентного ражима:
Значит в общем потери составляют:
Определяем расчетные потери:
где - плотность воздуха при максимальной температуре для данного региона ( при +25°С)
- плотность дымовых газовпри
= 14 – коэффициент запаса
B – барометрическое давление
Таким образом поставленное условие (21992>48495) выполняется следовательно тяга работает.

горелки.cdw

КП2-02.069.639-1401-05-16
Компановка горелочных

Часть 4.2.docx

IV. Поверочный расчет конвективной камеры.
Известны следующие температуры:
При температуре от 110ºС до 140ºС: сырье – жидкость
Оптимальная скорость движения сырья в трубах мс – принимаем 2 мс
При температуре от 140ºС до 630ºС: сырье – газ
Оптимальная скорость движения сырья в трубахмс– принимаем 5 мс
Найдем площадь сечения всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110ºС до 140 ºС
Найдем октана для двух температур:
Следовательно средняя плотность сырья составляет
Определяем число труб в конвективной камере:
где Fтр - площадь сечения одной трубы
Выбираем трубы 140х8 мм
В связи с полученным числом уточняем значение скорости движения сырья в трубах
В связи неудовлетворяющей нас скоростью движения сырья выбираем трубу с наименьшим диаметром из следующего ряда стандартных выпускаемых труб:0114; 0108; 0089; 0076; метра До тех пор пока скорость движения среды в трубах не попадет интервал 1-3 мс
Выбираем трубы 114х6 мм
мс- данная скорость нас не устраивает значит берем следующую трубу из ряда.
Выбираем трубы 108х6 мм
Выбираем трубы 102х6 мм
Выбираем трубы 89х6 мм
Выбираем трубы 76х6 мм
мс- данная скорость нас устраивает значит для теплообменника будет использоваться труба размером 76х6 мм
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты конвективной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
где k- коэффициент теплопередачи
- средний температурный напор
Fк- поверхность теплообмена
где lкк - длина труб омываемая дымовыми газами
Найдем значение среднего температурного напора:
tпг.к=12011-273=9281
Тпг.к=9281+4002+273=93705 К
Найдем значение коэффициента теплопередачи. Учитывая то будем вести расчет как для плоской стенки:
где - коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкам труб и от стенок к сырью соответственно
- толщина стенки и коэффициент теплопроводности
Определим коэффициент теплоотдачи излучением:
Средняя скорость газов:
где F - свободное сечение конвективной камеры
Найдем число Рейнольдса: где м2с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов
Уравнение подобия при 10≤Re =
Находим коэффициент теплоотдачи:
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:
где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение
Тогда где =010475Втм·К Втм2·К
Значит расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:
По условию 34983>71805 не выполняется
Необходимое число труб для подогрева бензина:
Принимаем =21(3 ряда по 7 труб)
Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:
Следовательно условие выполняется
Уточним значение числа труб т.к. расчет велся для одиночных труб
Для пучка труб будет:
Из справочника при поперечном обтекании пучков труб и шахматном расположении труб используем формулу
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов ( ) с помощью соотношения:
Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:
Тогда искомое значение составит:
(10305871805) – условие выполняется
большое поэтому уменьшим число труб до 17 (2 ряда по 6 труб1 ряд по 5 труб)
(78724> 71805) – условие выполняется
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС
Берем 23 труб ( 3 ряда по 8*7*8 труб)
Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:
здесь мм - толщина трубной решетки
Где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение :
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Следовательно условие не выполняется
Высота конвективной камеры составит:

Часть 4.1.docx

IV. Поверочный расчет конвективной камеры.
Известны следующие температуры:
При температуре от 110ºС до 140ºС: сырье – жидкость
Оптимальная скорость движения сырья в трубах мс – принимаем 2 мс
При температуре от 140ºС до 630ºС: сырье – газ
Оптимальная скорость движения сырья в трубахмс– принимаем 5 мс
Найдем площадь сечения всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110ºС до 140 ºС
Найдем октана для двух температур:
Следовательно средняя плотность сырья составляет
Определяем число труб в конвективной камере:
где Fтр - площадь сечения одной трубы
Округляем до= 1 ( змеевик)
В связи с полученным числом уточняем значение скорости движения сырья в трубах
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты конвективной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
где k- коэффициент теплопередачи
- средний температурный напор
Fк- поверхность теплообмена
где lкк - длина труб омываемая дымовыми газами
здесь мм - толщина трубной решетки
Найдем значение среднего температурного напора:
tпг.к=12011-273=9281
Тпг.к=9281+4002+273=93705 К
Определим коэффициент теплоотдачи излучением:
Средняя скорость газов:
где F - свободное сечение конвективной камеры
Найдем число Рейнольдса: где м2с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов
Уравнение подобия при 10≤Re =
Находим коэффициент теплоотдачи:
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:
где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение
Тогда где =010475Втм·К Втм2·К
Значит расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:
По условию 37228>71805 не выполняется
Необходимое число труб для подогрева бензина:
Принимаем =20(2 ряда по 7 труб 1 ряд с 6 трубами )
Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:
Следовательно условие выполняется
Уточним значение числа труб т.к. расчет велся для одиночных труб
Для пучка труб будет:
Из справочника при поперечном обтекании пучков труб и шахматном расположении труб используем формулу
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов ( ) с помощью соотношения:
Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:
Тогда искомое значение составит:
(107196771805) – условие выполняется
большое поэтому уменьшим число труб до 18 (3 ряда по 6 труб)
(825607 71805) – условие выполняется
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС
Берем 23 труб ( 3 ряда по 8*7*8 труб)
Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:
м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение :
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Следовательно условие не выполняется
Берем 22 трубы (7*8*7)
Из справочника при данных условиях:
Тогда где =010475Втм·К

Печь 18 метров Аида.cdw

КП2-02.069.639-1401-12-09

Часть 4.docx

IV. Поверочный расчет конвективной камеры.
Известны следующие температуры:
При температуре от 110ºС до 140ºС: сырье – жидкость
Оптимальная скорость движения сырья в трубах мс – принимаем 2 мс
При температуре от 140ºС до 630ºС: сырье – газ
Оптимальная скорость движения сырья в трубахмс– принимаем 5 мс
Найдем площадь сечения всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110ºС до 140 ºС
Найдем октана для двух температур:
Следовательно средняя плотность сырья составляет
Определяем число труб в конвективной камере:
где Fтр - площадь сечения одной трубы
Выбираем трубы 89х6 мм
Округляем до= 1 ( змеевик)
В связи с полученным числом уточняем значение скорости движения сырья в трубах
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты конвективной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
где k- коэффициент теплопередачи
- средний температурный напор
Fк- поверхность теплообмена
где lкк - длина труб омываемая дымовыми газами
Найдем значение среднего температурного напора:
Найдем значение коэффициента теплопередачи. Учитывая то будем вести расчет как для плоской стенки:
где - коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкам труб и от стенок к сырью соответственно
- толщина стенки и коэффициент теплопроводности
Коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов рассчитаем по формуле:
здесь - конвективная и лучистая составляющая
Определим коэффициент теплоотдачи излучением:
Определим коэффициент теплоотдачи конвекцией . Для этого используем теорию подобия.
Найдем число Рейнольдса:
где м2с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов при температуре 6730С
- средняя скорость газов
где F - свободное сечение конвективной камеры
Из справочника для поперечного обмывания цилиндра при 10≤Re =используем уравнение подобия:
Находим коэффициент теплоотдачи:
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:
где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение
Тогда где =010475Втм·К при 370ºС
Значит расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:
По условию 41263>71805 не выполняется
Необходимое число труб для подогрева бензина:
Принимаем =18(3 ряда по 6 труб)
Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:
Следовательно условие выполняется
Уточним значение числа труб т.к. расчет велся для одиночных труб
Для пучка труб будет:
Из справочника при поперечном обтекании пучков труб и шахматном расположении труб используем формулу
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов ( ) с помощью соотношения:
Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:
Тогда искомое значение составит:
(82764 71805) – условие выполняется
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС
Берем 18 труб ( 3 ряда по 6 труб)
Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:
Уменьшим число туб т.к. скорость движения сырья мала и не вписывается в заданный интервал 45-6мс
Берем 14 труб ( 2 ряда по 7 труб)
здесь мм - толщина трубной решетки
Подставляем полученное значение в уравнение :
Тогда где =010475Втм·К
Высота конвективной камеры составит:

Документ Microsoft Word.docx

Краткий справочник физико-химических величин
Трубчатые печи. Каталог ЦНИИНефтеМаш
Теплофизические свойства теплоносителей и рабочих тел энерготехнологических процессов и установок. Методические указания. КГТУ 2000 – 63 стр.
Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Н.Б. Варгафтик М. 1972 720 стр. с илл.

мой вариант.docx

Рассчитать трубчатую печь для пиролиза углеводородов
Вид топлива: природный газ месторождение Дашавское
Сжигание топлива осуществляется с коэффициентом расхода=106
Влагосодержание в окислителе (воздухе) dок=10 гм3 температура окислителя Ток = 293К
Состав газов пиролиза:
Время пребывания пирогаза в зоне реакции = 10 сек
Вид сырья – Бензин 140
Количество водяного пара масс % от массы сырья – 50
Температура продукта на входе в печь tпр ºС – 110
Температура продукта на входе в радиантную камеру tпр ºС – 630
Температура продукта на выходе из радиантной камеры tпр ºС – 780
Бензин 140 – бензиновая фракция с температурой кипения до 140 ºС ( справочные данные берем для n-октана )
I. Расчет процесса горения
Определяем низшую теплоту сгорания топлива по формуле:
где ri - объемная доля i-го компонента топлива
Qнсi - низшая теплота сгорания i-го компонента топлива определяем по справочным данным
QнсС3Н8= 9140 МДжнм3
QнсС5Н12= 146 МДжнм3
Qнс = 001·(9830·3582+033·6375+012·914+015·118)·106 = 37811·104 Джнм3
Определяем теоретический расход окислителя:
где - теоретический расход кислорода определяем из уравнения:
= 0.01·( 2· 983 + 35·033 + 5·012 + 65·015) = 19933 нм3нм3
тогда = 19933 21·100 =94919 нм3нм3
С учетом коэффициента избытка α действительный расход окислителя равен:
= 94919 ·106 =10061 нм3нм3
Теоретический выход продуктов горения вычисляем по уравнению:
где - теоретические выходы соответственных компонентов которые определяем с помощью следующих выражений:
(1·9830+ 2·033+ 3·012+ 4·015+ 010) = 10002 нм3нм3
(2· 9830 + 3· 033+ 4·012 + 5·015 + 0124·10·10-3·10061) = 1.9882 нм3нм3
VN20=001·(N2ok·Voko+N2T)
VN20=0.01·79·10.061 +1.0=79519 нм3нм3
Таким образом = 10002 +1.9882 +79519 = 10.9403нм3нм3
Тогда действительный выход продуктов горения найдем из уравнения:
где слагаемые - действительные выходы соответствующих компонентов продуктов горения которые находим из следующих выражений:
= 1.9882 + 001·(106 –1)· 0124·10·10061 = 1.9956 нм3нм3
= 79519+ 001·(106 –1) ·79·10061=8428 нм3нм3
= 001 ·(106 - 1) ·21·10061= 01267 нм3нм3
Следовательно = 10002 + 1.9956 + 8428 + 01267 = 115505 нм3нм3
Определим объемные доли содержания компонентов в продуктах горения с помощью соотношения:
Верность полученных значений проверим выполнением условия
659 + 7296 +1727 +1097 = 100%
как видно условие выполняется значит значения объемных процентов найдены верно.
- для печей пиролиза
Vпг*Cpimax!*tmax-Vпгi*Cpi!*tпгi=Qнс*
Tmax=QHC*+Vпгi!*Cpi!*Tпг!Vпг*Сpimax
Тmax задаемся для Cpimax и определяем графически Тmax=Tmaxзад-Tmaxрасч
По таблице термодинамических свойств определим теплоемкости веществ.
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1450+1076*2335+20672*1853+01264*1529*103=179887
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1478+1076*24+20672*1932+01264*1558*103=175379
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1482+1076*2407+20672*1942+01264*1562*103=184875
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1479+1076*2401+20672*1934+01264*1559*103=176545
Tmaxрасч=35708*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*147948+1076*240184+20672*193495+01264*15590*103=176478
Тmax=1765-176478=022
Cсм=0086*240184+0172*193495+0727*147948+001*155904=1630кДжкг*К
II. Разработка конструктивной схемы печи
Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья диаметра труб и теплонапряжения чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора причем теплонапряжение радиантных труб не должно превышать допустимое.
Вычислим теплоту горения по формуле
КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения
Тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:
где - низшая теплота сгорания найденная выше
- теплосодержание уходящих газов рассчитываемое по уравнению
=(1076·1923+20672·1564+8409·1321+01264·1378)·103·400= 66339кДжнм3
Следовательно КПД печи составляет
= 1 – (0175 + 006) =0765 то есть =765 %
Полезную теплопроизводительность Qпол идущую на осуществление процесса находим как сумму теплот конвективной и радиантной камер:
Определим теплоту конвективной камеры:
Qк=Qkфиз.проц+Qkперег
Теплота идущая на подогрев:
Cбенз140=1*2541412*8+18=22293 кДжкг*к
Qкпод=8000*22993*140-110=5518323600=15329кДжс
= 1184+66651·413 + (-24493)= 24533Джмоль· К
== 215201Джкг· К = 2152 кДжкг· К
= 1184+66651·903+ (-24493)= 41398Джмоль· К
== 363140Джкг· К = 3631 кДжкг· К
= 8000 ·(3631·6302152·140) = 15890000кДжч
Значит теплота конвективной камеры составляет
Определяем теплоту радиантной камеры:
здесь - химическая теплота - теплота водяного пара -теплота пирогаза.
Найдем химическую теплоту радиантной камеры:
где - энтальпии образования продуктов реакции и исходных компонентов определяемые по следующим соотношениям:
Выбирая значения энтальпий веществ из справочных данных находим:
где . Значения а в и с берем для всех компонентов реакции из справочных данных.Получаем:
Находим теплоту водяного пара радиантной камеры:
где берем из ТТД таблиц для воды
Определим теплоту пирогаза
Теплоемкости пирогаза определяем как сумму произведений теплоемкостей компонентов пирогаза на их массовые доли:
Таким образом находим:
Значит теплота радиантной камеры составляет
Следовательно полезная теплопроизводительность равна
Вычислим теплоту горения:
Тогда расход топлива составит
II. Определение конструктивной схемы печи
Необходимо подобрать такое сочетание скорости сырья диаметра труб и теплонапряжения чтобы обеспечить требуемое время контакта и минимальные потери напора причем теплонапряжениерадиантных труб не должно превышать допустимое.
Определим число потоков по продукту:
где Gпр=12000 кгч - производительность печи
=120 кгм2с - оптимальная средняя массовая скорость продукта
- площадь сечения трубопровода.
Для дальнейшего расчета выбираем для беспламенных горелок трубы диаметром d=140мм и толщиной стенки =8мм. Тогда сечение трубопровода составляет:
Принимаем для последующего расчета nпр= 3. Тогда уточним действительную скорость продукта:
Условие выполняется значит значения определены верно.
Таким образом среднюю плотность пирогаза определим по формуле:
Тогда линейная скорость сырья будет равна
Определим длину труб:
здесь с - время контакта приведенное в исходных данных.
Ориентировочно выбираем трубу =12м
Рассчитаем приведенное значение длины трубы
Уточним линейную скорость сырья
Средняя скорость стала больше а так как скорость сырья на входе не зависит от длины трубы следовательно увеличивается только скорость на выходе из радиантной камеры:
Определим общую поверхность нагрева радиантной камеры:
Для нормального функционирования печи должно выполняться условие
где qp - потребноетеплонапряжениерадиантных труб
qдоп - допустимое теплонапряжение.
Допустимоетеплонапряжение рассчитаем по уравнению
где:=950ºС - допустимая температура стенки
t - температура продукта
-учитывает равномерность обогрева зависит от конструкции печи
-учитывает равномерность обогрева зависит от типа горелочного устройства
где - коэффициент кинематической вязкости рассчитываемый для смеси бензина и водяного пара:
Из справочника Варгафтика:
С учетом полученных значений вычислим
Используем следующее уравнение подобия:
где число Прандтля для среды принимаем а
Тогда число Нуссельта составляет
Известно что . Отсюда
Коэффициент теплопроводности λж потока среды находим по формуле
где λi для компонентов смеси находим из справочных таблиц.
Таким образом находим
Следовательно допустимое теплонапряжение на входе и выходе составляет:
Среднее значение допустимоготеплонапряжения:
Значит условие выполняется (28186 478).
Компоновка радиантной камеры:
a = 12396 + 1= 13396м
Рассчитаем количество разных групп труб:
Расположим все трубы вертикально в шахматном порядке в два ряда шагом s=18d
Сравнивая высоту расположения вертикальных труб и высоту радиантной камеры 4284 485 видим что такое расположение нас устраивает.
Определим мощность одного ряда горелок учитывая что горелки расположены с 2х сторон по 5 рядов на каждой:
Определяем число горелок в одном ряду:
горелки типа «а»: Принимаем
горелки типа «б»: Принимаем
Рассмотрим горелки типа «а».
Найдем необходимую производительность одной горелки:
По справочным таблицам подбираем горелки типа ГБП 2а с производительностью
Тогда один ряд таких горелок обеспечивает теплоту
Определим отклонение от требуемого значения:
По справочным таблицам подбираем горелки типа ГБП 1б с производительностью
Горелки не помещаются
Таким образом выбрали горелки ГБП 2a.
Вычисляем действительный расход топлива:
III. Поверочный расчет радиантной камеры
Расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты радиантной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
Значит дальнейший расчет сводится к определению температуры газов на выходе из камеры . Чтобы ее определить найдем значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:
где - приведенная степень черноты продуктов горения
- функция распределения температуры топочном объеме
НЛ - эффективная плоская поверхность экранов
- коэффициент учитывающий совместное влияние излучающих объема газа и кладки
F - поверхность излучения (полная поверхность кладки печи)
Определим все составляющие вышеприведенного соотношения:
где Fi - плоская поверхность экранных труб
- фактор формы зависит от расположения экранных труб и составляет
где - угловой коэффициент взаимного излучения поверхности кладки зависит от Н и F:
Температуру газов на выходе из камеры находим из соотношения
здесь - характеристика излучения
ΔТ - температурная поправка учитывает долю поправки между излучением-конвекцией.
Для того чтобы рассчитать графическим методом необходимо рассчитать теплоемкость отходящих газов при предполагаемом интервале в котором находится значение )
КП 2-02.069.639-1401-05-12
Определяем температурную поправку ΔТ:
где - коэффициент теплоотдачи от продуктов горения и стенок экрана
Тст - температура стенки
где - средняя температура продукта в радиантной камере
- толщина стенки трубы (8 мм)
- коэффициент теплопроводности трубы
Найдем значение по формуле:
где А=21 - постоянная для труб диаметром 50-140мм из материала Х23Н18
Определим общую поверхность труб камеры:
Теперь определяем характеристику излучения как функцию аргумента излучения
По графикам из справочной литературы определяем при полученном Х значение
Тогда по приведенной выше формуле находим температуру газов на выходе из камеры:
Разница между заданным и найденным значением составляет:
00 – 122556 = 17444 > 5 K
Найдем новое значение
Теперь определяем расчетное значение теплоты радиантной камеры:
Значит заданное выше условие выполняется
Следовательно камера функционирует удовлетворительно соответствуя заданным параметрам.
IV. Поверочный расчет конвективной камеры.
Известны следующие температуры:
При температуре от 110ºС до 140ºС: сырье – жидкость
Оптимальная скорость движения сырья в трубах мс – принимаем 2 мс
При температуре от 140ºС до 630ºС: сырье – газ
Оптимальная скорость движения сырья в трубахмс– принимаем 5 мс
Найдем площадь сечения всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110ºС до 140 ºС
Найдем октана для двух температур:
Следовательно средняя плотность сырья составляет
Определяем число труб в конвективной камере:
где Fтр - площадь сечения одной трубы
Выбираем трубы 89х6 мм
Округляем до= 1 ( змеевик)
В связи с полученным числом уточняем значение скорости движения сырья в трубах
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты конвективной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
где k- коэффициент теплопередачи
- средний температурный напор
Fк- поверхность теплообмена
где lкк - длина труб омываемая дымовыми газами
Найдем значение среднего температурного напора:
Найдем значение коэффициента теплопередачи. Учитывая то будем вести расчет как для плоской стенки:
где - коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкам труб и от стенок к сырью соответственно
- толщина стенки и коэффициент теплопроводности
Коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов рассчитаем по формуле:
здесь - конвективная и лучистая составляющая
Определим коэффициент теплоотдачи излучением:
Определим коэффициент теплоотдачи конвекцией . Для этого используем теорию подобия.
Найдем число Рейнольдса:
где м2с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов при температуре 6730С
- средняя скорость газов
где F - свободное сечение конвективной камеры
Из справочника для поперечного обмывания цилиндра при 10≤Re =используем уравнение подобия:
Находим коэффициент теплоотдачи:
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:
где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение
Тогда где =010475Втм·К при 370ºС
Значит расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:
По условию 42258>86832 не выполняется
Необходимое число труб для подогрева бензина:
Принимаем =21(3 ряда по 7 труб)
Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:
Следовательно условие выполняется
Уточним значение числа труб т.к. расчет велся для одиночных труб
Для пучка труб будет:
Из справочника при поперечном обтекании пучков труб и шахматном расположении труб используем формулу
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов ( ) с помощью соотношения:
Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:
Тогда искомое значение составит:
(1026627 86832) – условие выполняется
большое поэтому уменьшим число труб до 20 (3 ряда по 7х6х7 труб)
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов с помощью соотношения:
(977742 86832) – условие выполняется
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС
Берем 18 труб ( 3 ряда по 6 труб)
Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:
Уменьшим число туб т.к. скорость движения сырья мала и не вписывается в заданный интервал 45-6мс
Берем 14 труб ( 3 ряда по 7 труб)
здесь мм - толщина трубной решетки
Подставляем полученное значение в уравнение :
Тогда где =010475Втм·К
Высота конвективной камеры составит:
V. Гидравлический и аэродинамический расчеты.
Гидравлический расчет
Определяем гидравлические потери в радиантной камере как сумму потерь на трение и местное сопротивление:
В дальнейшем потери давления определяем по формуле:
где - коэффициент гидравлического сопротивления
- динамический напор.
Из расчетов приведенных выше
где - коэффициент трения определяется качеством материала трубопровода и режимом протекания жидкости в канале
Так как число Рейнольдса больше 10000 то для турбулентного режима движения в круглом канале определяем:
где мм - шероховатость труб после нескольких лет эксплуатации
По справочным данным принимаем С=1 В=1
Гидравлические потери в конвективной камере составляют:
Из расчетов приведенных выше (п.IV стр.29)
Гидравлические потери в змеевиковой части конвективной камеры состоят из 2 частей:
Из расчетов приведенных выше (п IV стр.25)
Полные гидравлические потери:
Неравенство не выполняется поэтому необходимо изменить входное давление для обеспечения необходимого технологического режима новое значение входного давления:
В результате повышения входного давления необходим пересчет конвективной камеры
Найдем суммарную площадь сечений всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110 до 630
Определяем число труб в конвективной камере: берем трубы 89х6 мм
Примем количество труб в одной секции 14 выбираем шахматное расположение труб 2 ряда по 7 труб.
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли расчетное значение теплоты конвективной камеры Qкрасч достаточным для ее требуемого значения .
Расчетное значение находим по формуле
где К - коэффициент теплопередачи
Fк - поверхность теплообмена
Чтобы условие выполнялось необходимо:
Пересчитаем коэффициент теплоотдачи с учетом количества секций
Следовательно условие выполняется и значит вышеприведенные расчеты верны а работа камеры обеспечивает заданные параметры.
Уменьшим число секций до 15
Аэродинамический расчет
Расчет проводим с целью определить исправность тяги. Чтобы тяга работала необходимо чтобы общие потери давления в печи не превышали расчетного. Разделим весь путь газов на участки:
а) потери в радиантной камере
Где - коэффициент трения определяется качеством материала трубопровода и режимом протекания жидкости в камере.
Так как число Рейнольдса потока дымовых газов в радиантной камере для этого сначала находим эквивалентный диаметр камеры:
где с = 12м – ширина радиантной камеры в месте перхода в конвективную камеру;
а = 12396м длина радиантной камеры.
Для турбулентного режима движения используем формулу:
б) потери при переходе из радиантной камеры в конвективную
F0 F1 - соответственно площади каналов из которого выходят газы и в который они входят
количество дымовых труб.
где ширина конвективной камеры ширина радиантной камеры
в) потери в конвективной камере
г) Потери при переходе из конвективной камеры в трубу
д) потери в дымоходе
Для тубулентного ражима:
Значит в общем потери составляют:
Определяем расчетные потери:
где - плотность воздуха при максимальной температуре для данного региона ( при +25°С)
- плотность дымовых газовпри
= 14 – коэффициентзапаса
B – барометрическое давление
Таким образом поставленное условие (21992>011) выполняется следовательно тяга работает.

Часть 4.1 - копия.docx

IV. Поверочный расчет конвективной камеры.
Известны следующие температуры:
При температуре от 110ºС до 140ºС: сырье – жидкость
Оптимальная скорость движения сырья в трубах мс – принимаем 2 мс
При температуре от 140ºС до 630ºС: сырье – газ
Оптимальная скорость движения сырья в трубахмс– принимаем 5 мс
Найдем площадь сечения всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110ºС до 140 ºС
Найдем октана для двух температур:
Следовательно средняя плотность сырья составляет
Определяем число труб в конвективной камере:
где Fтр - площадь сечения одной трубы
Выбираем трубы 140х8 мм
В связи с полученным числом уточняем значение скорости движения сырья в трубах
В связи неудовлетворяющей нас скоростью движения сырья выбираем трубу с наименьшим диаметром из следующего ряда стандартных выпускаемых труб:0114; 0108; 0089; 0076; метра До тех пор пока скорость движения среды в трубах не попадет интервал 1-3 мс
Выбираем трубы 114х6 мм
мс- данная скорость нас не устраивает значит берем следующую трубу из ряда.
Выбираем трубы 108х6 мм
Выбираем трубы 102х6 мм
Выбираем трубы 89х6 мм
Выбираем трубы 76х6 мм
мс- данная скорость нас устраивает значит для теплообменника будет использоваться труба размером 76х6 мм
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты конвективной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
где k- коэффициент теплопередачи
- средний температурный напор
Fк- поверхность теплообмена
где lкк - длина труб омываемая дымовыми газами
здесь мм - толщина трубной решетки
Найдем значение среднего температурного напора:
tпг.к=12011-273=9281
Тпг.к=9281+4002+273=93705 К
Найдем значение коэффициента теплопередачи. Учитывая то будем вести расчет как для плоской стенки:
где - коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкам труб и от стенок к сырью соответственно
- толщина стенки и коэффициент теплопроводности
Определим коэффициент теплоотдачи излучением:
Средняя скорость газов:
где F - свободное сечение конвективной камеры
Найдем число Рейнольдса: где м2с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов
Уравнение подобия при 10≤Re =
Находим коэффициент теплоотдачи:
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:
где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение
Тогда где =010475Втм·К Втм2·К
Значит расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:
По условию 33963>71805 не выполняется
Необходимое число труб для подогрева бензина:
Принимаем =22(2 ряда по 7 труб 1 ряд 8 труб )
Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:
Следовательно условие выполняется
Уточним значение числа труб т.к. расчет велся для одиночных труб
Для пучка труб будет:
Из справочника при поперечном обтекании пучков труб и шахматном расположении труб используем формулу
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов ( ) с помощью соотношения:
Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:
Тогда искомое значение составит:
(106571805) – условие выполняется
большое поэтому уменьшим число труб до 18 (3 ряда по 6 труб)
(820313 71805) – условие выполняется
большое поэтому уменьшим число труб до 17 (2 ряда по 6 труб1 ряд по 5 труб)
(774686 71805) – условие выполняется
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС
Берем 23 труб ( 3 ряда по 8*7*8 труб)
Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:
Где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение :
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Следовательно условие не выполняется

горелки Лена.cdw

КП2-02.069.639-1401-02-13
Компановка горелочных

Обложка.docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский технологический университет»
Кафедра теоретических основ теплотехники
Пояснительная записка и расчеты к курсовому проекту по предмету «Высокотемпературные процессы и установки»
КП 2-02.069.639-1401-05-16 ПЗ
Расчет трубчатой печи пиролиза углеводородов
доцент (Курбангалеев М.С.)
студент группы 2281-81 (Накипов Р.Р.)

Задание+ график (2).docx

Рассчитать трубчатую печь для пиролиза углеводородов
Вид топлива: попутный или нефтяной газ месторождение Степановское
Сжигание топлива осуществляется с коэффициентом расхода=106
Влагосодержание в окислителе (воздухе) dок=10 гм3 температура окислителя Ток = 293К
Состав газов пиролиза:
Время пребывания пирогаза в зоне реакции = 10 сек
Вид сырья – Бензин 140
Количество водяного пара масс % от массы сырья – 50
Температура продукта на входе в печь tпр ºС – 110
Температура продукта на входе в радиантную камеру tпр ºС – 630
Температура продукта на выходе из радиантной камеры tпр ºС – 780
Бензин 140 – бензиновая фракция с температурой кипения до 140 ºС ( справочные данные берем для n-октана )
I. Расчет процесса горения
Определяем низшую теплоту сгорания топлива по формуле:
где ri - объемная доля i-го компонента топлива
Qнсi - низшая теплота сгорания i-го компонента топлива определяем по справочным данным
QнсС3Н8= 9140 МДжнм3
QнсС5Н12= 146 МДжнм3
Qнс = 001·(951·3582+23·6375+07·914+04·118+08·146)·106 = 37811·104 Джнм3
Определяем теоретический расход окислителя:
где - теоретический расход кислорода определяем из уравнения:
= 0.01·( 2· 951 + 35·23 + 5·07 + 65·04 + 8·08) = 21075 нм3нм3
тогда = 2107521·100 =10036 нм3нм3
С учетом коэффициента избытка α действительный расход окислителя равен:
= 10036 ·106 =10638 нм3нм3
Теоретический выход продуктов горения вычисляем по уравнению:
где - теоретические выходы соответственных компонентов которые определяем с помощью следующих выражений:
(1·951+ 2·23+ 3·07+ 4·04+ 5·08 + 02) = 1076 нм3нм3
VH2O0=n2*CmHn+0.124*dок*Vок0
(2·951 + 3·23+ 4·07 + 5·04 + 6·0+ 0124·10·10-3·10036) = 20671 нм3нм3
VN20=001·(N2ok·Voko+N2T)
VN20=0.01·79·10036+05=7933 нм3нм3
Таким образом = 1076+20671+7933 = 110761нм3нм3
Тогда действительный выход продуктов горения найдем из уравнения:
где слагаемые - действительные выходы соответствующих компонентов продуктов горения которые находим из следующих выражений:
= 20671 + 001·(106 –1)· 0124·10·10036 = 20672 нм3нм3
= 7933+ 001·(106 –1) ·79·10036=8409 нм3нм3
= 001 ·(106 - 1) ·21·10036= 01264 нм3нм3
Следовательно = 1076 + 20672 + 8409 + 01264 = 116786 нм3нм3
Определим объемные доли содержания компонентов в продуктах горения с помощью соотношения:
Верность полученных значений проверим выполнением условия
2 + 7200 +1770 +108 = 100%
Теплота сгорания топлива
Расход топлива:Т=QгорQнс;Qгор=Qполп
КПД печи находим с учетом тепловых потерь из выражения
где - соответственно теплоты потерянные с уходящими газами из-за химического и механического недожогов и в окружающую среду соответственно. В данном случае ; по справочным данным принимаем ; а тепло уходящих газов рассчитаем с помощью выражения:
где - низшая теплота сгорания найденная выше
- теплосодержание уходящих газов рассчитываемое по уравнению
tпг=400 - согласно технологическим особенностям производства.
=(1076·1923+20672·1564+8409·1321+01264·1378)·103·400= 66339кДжнм3
Следовательно КПД печи составляет
= 1 – (0175 + 006) =0765 то есть =765 %
Полезную теплопроизводительность Qпол идущую на осуществление процесса находим как сумму теплот конвективной и радиантной камер:
Определим теплоту конвективной камеры:
Qконв.к=Qкподогр+Qkфиз.проц+Qkперег
Теплота идущая на подогрев:
Cбенз110=2541412*8+18=22293 кДжкг*К
Qкпод=8000*22993*140-110=5518323600=15329кДжс
Теплоемкости бензиновой смеси при 140°С и 630°С:
Ср=а+вТ+сТ2;авс- коэффициенты из справочников
Ср140С8Н18=1184+66651·413 + (-24493)= 24533кДжкг*К
Ср140С8Н18=Cpi=2453312*8+18=2152 кДжкг*К
Ср630С8Н18=1184+66651·903+ (-24493)= 41398кДжкг*К
Ср630С8Н18=Cpi=413.9812*8+18=3631 кДжкг*К
= 8000 QUOTE *(3631·630 2152·140)3600 = 44139 кДжc
Qконв.к=15329+56476+44139=513195кДжс
Определяем теплоту радиантной камеры:
здесь - химическая теплота - теплота водяного пара -теплота пирогаза.
Найдем химическую теплоту радиантной камеры:
Qp0=8000*-74.85*0.22616*10-3+52.3*0.32028*10-3+-84.67*0.12230*10-3+53.3*0.15742*10-3+-103.85*0.07644*10-3+110.16*0.02254*10-3+-146.44*0.06360*10-3--208.45*1114*10-3=10716320 кДжч
a=11.84114*10-3-14.3216*10-3*0.226+11.3228*10-3*0.320+5.7530*10-3*0.122+-14.9442*10-3*0.157+1.7244*10-3*0.076+8.0854*10-3*0.022+6.972*10-3*0.063+28.82*10-3*0.014=-409.22 Джкг*К
b=666.51*10-3114*10-3-74*10-316*10-3*0.226+122.01-328*10-3*0.320+175.11*10-330*10-3*0.122+268.91*10-342*10-3*0.157+270.75*10-344*10-3*0.076+273.22*10-354*10-3*0.022+425.93*10-372*10-3*0.063+0.0276*10-32*10-3*0.014=0.738 Джкг*К2
c=-244.93*10-6114*10-3--17.43*10-616*10-3*0.226+-37.9*10-628*10-30.322+-57.85*10-630*10-30.122+-105.9*10-642*10-3*0.157+-94.48*10-644*10-30.076+-111.75*10-654*10-30.022+-154.39*10-672*10-3*0.063+-1.92*10-62*10-3*0.014=-0.478*10-3 Джкг*К3
Находим теплоту водяного пара радиантной камеры:
Определим теплоту пирогаза:
Теплоемкости пирогаза определяем как сумму произведений теплоемкостей компонентов пирогаза на их массовые доли:
22 кДжкг·К 4103 кДжкг·К
Таким образом находим:
Значит теплота радиантной камеры составляет
Qp>Qk ; т.к 21945*106>18475*106 условие выполняется
Vпг*Cpimax!*tmax-Vпгi*Cpi!*tпгi=Qнс*
Tmax=QHC*+Vпгi!*Cpi!*Tпг!Vпг*Сpimax
Тmax задаемся для Cpimax и определяем графически Тmax=Tmaxзад-Tmaxрасч
По таблице термодинамических свойств определим теплоемкости веществ.
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1450+1076*2335+20672*1853+01264*1529*103=191387
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1478+1076*24+20672*1932+01264*1558*103=186679
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1482+1076*2407+20672*1942+01264*1562*103=186075
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*1479+1076*2401+20672*1934+01264*1559*103=186545
Tmaxрасч=37811*106*094+8409*1299+1076*1620+20672*1126+01264*1308*106*208409*147948+1076*240184+20672*193495+01264*15590*103=186478
Тmax=1865-186478=022
Cсм=00922*240184+01770*193495+072*147948+00108*155904=1646кДжкг*К

Часть 4.4.docx

IV. Поверочный расчет конвективной камеры.
Известны следующие температуры:
При температуре от 110ºС до 140ºС: сырье – жидкость
Оптимальная скорость движения сырья в трубах мс – принимаем 2 мс
При температуре от 140ºС до 630ºС: сырье – газ
Оптимальная скорость движения сырья в трубахмс– принимаем 5 мс
Найдем площадь сечения всех труб камеры:
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 110ºС до 140 ºС
Найдем октана для двух температур:
Следовательно средняя плотность сырья составляет
Определяем число труб в конвективной камере:
где Fтр - площадь сечения одной трубы
Выбираем трубы 140х8 мм
В связи с полученным числом уточняем значение скорости движения сырья в трубах
В связи неудовлетворяющей нас скоростью движения сырья выбираем трубу с наименьшим диаметром из следующего ряда стандартных выпускаемых труб:0114; 0108; 0089; 0076; метра До тех пор пока скорость движения среды в трубах не попадет интервал 1-3 мс
Выбираем трубы 114х6 мм
мс- данная скорость нас не устраивает значит берем следующую трубу из ряда.
Выбираем трубы 108х6 мм
Выбираем трубы 102х6 мм
Выбираем трубы 89х6 мм
Выбираем трубы 76х6 мм
мс- данная скорость нас устраивает значит для теплообменника будет использоваться труба размером 76х6 мм
Поверочный расчет проводим с целью определить является ли полученное выше значение теплоты конвективной камеры достаточным для ее требуемого расчетного значения . Расчетное значение находим по формуле:
где k- коэффициент теплопередачи
- средний температурный напор
Fк- поверхность теплообмена
где lкк - длина труб омываемая дымовыми газами
Найдем значение среднего температурного напора:
tпг.к=12011-273=9281
Тпг.к=9281+4002+273=93705 К
Найдем значение коэффициента теплопередачи. Учитывая то будем вести расчет как для плоской стенки:
где - коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкам труб и от стенок к сырью соответственно
- толщина стенки и коэффициент теплопроводности
Определим коэффициент теплоотдачи излучением:
Средняя скорость газов:
где F - свободное сечение конвективной камеры
Найдем число Рейнольдса: где м2с- коэффициент кинематической вязкости дымовых газов
Уравнение подобия при 10≤Re =
Находим коэффициент теплоотдачи:
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Определяем коэффициент теплоотдачи от нагретых стенок к сырью . Для этого воспользуемся теорией подобия. Найдем число Рейнольдса:
где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение
Тогда где =010475Втм·К Втм2·К
Значит расчетное значение теплоты конвективной камеры составляет:
По условию 34983>71805 не выполняется
Необходимое число труб для подогрева бензина:
Принимаем =21(3 ряда по 7 труб)
Расчетное значение теплоты конвективной камеры составит:
Следовательно условие выполняется
Уточним значение числа труб т.к. расчет велся для одиночных труб
Для пучка труб будет:
Из справочника при поперечном обтекании пучков труб и шахматном расположении труб используем формулу
Находим коэффициент теплоотдачи для 3 рядов ( ) с помощью соотношения:
Коэффициенты теплоотдачи для 1 и 2 рядов находим по следующим зависимостям:
Тогда искомое значение составит:
(10305871805) – условие выполняется
большое поэтому уменьшим число труб до 14 (2 ряда по 7 труб)
Находим коэффициент теплоотдачи для 2 рядов с помощью соотношения:
(75404 > 71805) – условие выполняется
где - средняя плотность сырья в интервале температур от 140ºС до 630 ºС
Берем 28 труб ( 4 ряда по 7 труб)
Уточняем значение скорости движения сырья в трубах:
здесь мм - толщина трубной решетки
Находим коэффициент теплоотдачи для 4 рядов ( ) с помощью соотношения:
Где м2с - средний коэффициент кинематической вязкости
Подставляем полученное значение в уравнение :
Значит коэффициент теплоотдачи от горячих дымовых газов будет равен:
Следовательно условие не выполняется
Высота конвективной камеры составит:

Содержание.docx

Расчет процесса горения
Определение конструктивной схемы печи
Поверочный расчет радиантной камеры
Поверочный расчет конвективной камеры
Гидравлический расчет
Аэродинамический расчет

печь моя передел.cdw

КП-02.069.639.1401-08-12