|
|
|
|
|
|
ХОЛОДИЛЬНИКИ-КОНДЕНСАТОРЫ
|
Расчёт теплообменников с межфазным переходом среды
Для теплообменных аппаратов характерно своеобразное изменение температуры среды и условий теплоотдачи (разные коэффициенты теплоотдачи α) вдоль теплообменной поверхности в зависимости от того, осуществляется ли на определенном участке охлаждение паров, их переход в жидкость или её охлаждение.
Рассмотрим специфику расчета таких аппаратов для ряда наиболее стандартных и распространенных в практике предприятий нефтепереработки случаев, которые позволяют понять общие принципы решения аналогичных задач.
Расчёт холодильников-конденсаторов
|
В общем случае в холодильник-конденсатор подаётся паровая фаза в перегретом состоянии. При этом в теплообменном аппарате выделяются 3 зоны, в которых реализуются следующие процессы:
- в зоне I происходит охлаждение перегретых паров до температуры, при которой начинается конденсация;
- в зоне II паровая фаза полностью переходит в жидкое состояние;
- в зоне III сконденсировавшаяся жидкость охлаждается.
Если конденсирующие пары являются индивидуальным веществом, а гидравлическое сопротивление в зоне конденсирования мало, то температура переходящих в жидкость паров останется неизменной до их полного сжижения.
Если конденсирующиеся пары являются многокомпонентную смесью или гидравлическое сопротивление значительно, то в зоне конденсирования будет происходить снижение температуры вдоль теплообменной поверхности.
Подобный профиль изменения температуры в холодильниках-конденсаторах описывается графиком, из которого видно, что изменение температур отличается, поэтому для большей точности расчета необходимо определять средний перепад температур для каждой из зон индивидуально.
|
|
| График температурного режима конденсатора-холодильника |
Различаются также и условия теплообмена: обычно коэффициент теплопередачи для зоны I, где происходит охлаждение перегретых паров, имеет более низкую величину, чем в зоне II, где пары переходят в жидкость. Величина коэффициента теплопередачи в зоне III обычно находится в интервале значений для зоны I и II.
По причине различия в перепаде температур и коэффициенте теплоотдачи определение поверхности холодильника-конденсатора требуется выполнять для каждой зоны индивидуально, применяя общее уравнение теплопередачи:
| где |
КI, КII, КIII |
- |
коэффициенты теплопередачи соответственно для I, II и III зон; |
|
| ΔtсрI, ΔtсрII, ΔtсрIII |
- |
средние перепады температур для I, II и III зон. |
|
Общая поверхность аппарата:
Количество тепла, которое отводится в каждой из зон, вычисляется по формулам:
Общее количество отводимого тепла:
Температура холодного теплоносителя (воды) на границах (начало и конец) зоны П рассчитывается по общим уравненям теплового баланса:
Общее потребление воды в холодильнике-конденсаторе:
Средний температурный напор определяется по соответствующей формуле. Также для каждой из зон вычисляются коэффициенты теплоперердачи.
Для холодильников-конденсаторов, в которые подаются пары в состоянии насыщения, выделяются только 2 зоны - сжижения и охлаждения конденсата. Для конденсаторов газовой среды, находящейся под давлением собственных насыщенных паров, не выделяется зона III, где охлаждается конденсат. Она избыточна также для холодильников-конденсаторов, если конденсация исходного потока не является полной (например, смесь паров бензина и углеводородного газа установок каткрекинга).
На предприятиях нефтепереработки широко распространены холодильники-конденсаторы, в которые поступает смесевой поток углеводородных и водяных паров, причем углеводородные пары пребывают в состоянии насыщения, а водяные пары - в перегретом. Для подобных холодильников-конденсаторов выделяются следующие основные зоны:
- Зона I. Частичное конденсирование углеводородных паров до температуры, которая соответствует началу конденсирования водяных паров.
- Зона II. Конденсирование и углеводородных, и водяных паров.
- Зона III. Охлаждение жидких фракций углеводородов и воды.
В зоне I по мере того, как углеводородные пары конденсируются паров происходит снижение температуры потока, а парциальное давление паров воды возрастает из-за уменьшения общего объёма паров вследствие частичного конденсирования углеводородных паров. Это обстоятельство следует учитывать при вычсилении температуры начала конденсирования водяных паров.
Температурный режим подобного холодильника-конденсатора подлежит определению на основе общепринятых методов.
При использовании опытных данных по коэффициентам теплоотдачи для холодильников-конденсаторов поверхность теплообмена допускается рассчитывать без её подразделения на локальные зоны по общей формуле теплопередачи, но подобный расчёт имеет меньшую точность.
| Не нашли нужную информацию? Воспользуйтесь поиском по сайту |
|
|
|
