Курсовая работа: Технологический расчет трубчатой печи

Значение известно из исходных данных:

Остальные слагаемые необходимо рассчитать. Расчет необходимо начинать с определения потерь напора на участке испарения:

,( 7.2)

где - давление в начале участка испарения, которое, в свою очередь, рассчитывают методом последовательного приближения, используя уравнение Бакланова:

,( 7.3)

где A и B - расчетные коэффициенты.

,( 7.4)

,( 7.5)

где , , , , e, - соответственно коэффициенты гидравлического сопротивления (для атмосферных печей ); секундный расход сырья по одному потоку, плотность сырья при средней температуре на участке испарения, внутренний диаметр труб, доля отгона сырья на выходе из змеевика, средняя плотность паров при давлении 9,1 Па (при нагреве нефти ).

кг/с( 7.6)

- длина участка испарения.

,( 7.7)

где , , - соответственно теплосодержание паро-жидкостной смеси на выходе из змеевика, сырья на выходе из камеры конвекции, сырья при температуре начала испарения.

,( 7.8)

кДж/кг.( 7.9)

- средняя температура продукта на участке цепи:

.( 7.10)

- эквивалентная длина радиантных труб:

.( 7.11)

м.( 7.12)

- число радиантных труб, приходящихся на один поток:

шт.( 7.13)

n = 2 - число потоков; - общее число радиантных труб:

шт.( 7.14)

- эквивалентная длина печного двойника (ретурбента):

м; d - наружный диаметр трубы; lp - рабочая длина одной трубы.

Начнем расчет давления в начале участке испарения методом итераций.

Принимаем, что Па, для которого температура начала испарения продукта равна 260 С.

Находим среднюю температуру продукта на участке испарения по формуле (7.10):

С.( 7.15)

Находим плотность при температуре :

кг/м³

( 7.16)

Определяем теплосодержание сырья при температуре начала испарения:

кДж/кг.( 7.17)

Определяем длину участка испарения по формуле (7.7):

м.( 7.18)

Находим расчетные коэффициентам по формулам (7.4) и (7.5):

,( 7.19)

.( 7.20)

Рассчитываем давление в начале участка испарения по формуле (7.3):

Па

( 7.21)

Так как рассчитанное Р_нрасч = 1366420 Па не совпадает с , расчеты необходимо повторять до тех пор, пока .

Результаты дальнейших расчетов приведены в таблице.

Таблица 7 - Итерационный расчет давления в начале участка испарения

Таким образом, P_Н = 1224596,4 Па

Определяем потери напора на участке испарения по формуле (7.2):

МПа.( 7.22)

Потери напора на участке нагрева радиантных труб:

,( 7.23)

где - коэффициент гидравлического сопротивления;

- эквивалентная длина участка нагрева радиантных труб по одному потоку:

м.( 7.24)

- плотность продукта при средней температуре на участке нагрева радиантных труб:

С,( 7.25)

кг/м³.( 7.26)

U - массовая скорость продукта в радиантных и в конвекционных трубах (в случае одинакового размера труб) на один поток:

кг/м².( 7.27)

МПа.( 7.28)

Потери напора в конвекционных трубах для одного потока:

,( 7.29)

где - эквивалетная длина конвекционных труб:

м.( 7.30)

- плотность продукта при средней температуре в конвекционных трубах:

С,( 7.31)

кг/м³.( 7.32)

МПа.( 7.33)

Статический напор в змеевике печи рассчитывается по формуле:

,( 7.34)

где - высота камеры радиации:

,( 7.35)

м.( 7.36)

- высота камеры конвекции (рассчитана ранее): = 9,92 м;

- плотность продукта при средней температуре:

С,( 7.37)

кг/м³.( 7.38)

МПа.( 7.39)

Подставляя полученные данные, определяем давление сырья на входе в печь:

МПа.( 7.40)

В разделе рассчитано общее гидравлическое сопротивление змеевика печи. Давление на входе в печь составляет 1,84 МПа.

Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы

Этот этап расчета предназначен для определения стандартного диаметра и высоты дымовой трубы.

Общее сопротивление всего газового тракта определяется выражением:

,( 8.1)

где - разряжение в топочной камере, =40 Па;

- потери напора в камере конвекции, =80 Па;

- потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений;

- потери напора на трение в дымовой трубе.

,( 8.2)

где - сумма коэффициентов местного сопротивления (внезапное расширение , внезапное сужение , шибер и заслонка ), ;

W - линейная скорость продукта, W=8 м/с;

- плотность продуктов сгорания, кг/м³.

,( 8.3)

где , - соответственно потери напора при входе в труб и выходе из нее, потери напора на трение при движении газов в газовой трубе:

,( 8.4)

где , - коэффициенты местных сопротивлений при входе в трубу и выходе из нее, =1,3;

- плотность газов в трубе при средней температуре.

,( 8.5)

где К.

К.( 8.6)

кг/м³.( 8.7)

Па.( 8.8)

,( 8.9)

где , h, D - соответственно коэффициент гидравлического сопротивления в дымовой трубе, высота и диаметр трубы.

определяется по формуле Якимова:

.( 8.10)

Плотность продуктов сгорания при нормальных условиях определяется уравнением:

,( 8.11)

где - сумма масс продуктов сгорания на 1 кг топлива;

- объемное количество продуктов сгорания на 1 кг топлива:

,( 8.12)

где m_i, M_i - соответственно массы и молеклярные массы газовых компонентов в продуктах сгорания.

м³/кг,( 8.13)

кг/м³.( 8.14)

Плотность продуктов сгорания при любой заданной температуре (Т) определяется выражением:

.( 8.15)

Плотность продуктов сгорания при температуре t_ух:

кг/м³.( 8.16)

Итак, потери напора в газоходе на преодоление местных сопротивлений:

Па.( 8.17)

Диаметр дымовой трубы рассчитывается по известной формуле, на основании которого выбирается ближайший стандартный размер:

,( 8.18)

где - число дымовых труб, принимаем равной 1;

V - объемный расход продктов сгорания при t_ух:

,( 8.19)

где B - часовой расход топлива.

м³/с.( 8.20)

м.( 8.21)

Выбираем стандартный диаметр трубы D=2 м.

.( 8.22)

Высота дымовой трубы рассчитывается методом последовательного приближения по уравнению:

,( 8.23)

где =1,293 кг/м³, T_B =303 К - плотность и температура воздуха.

Пусть h=30 м, тогда

Па.( 8.24)

Общие потери на трение в дымовой трубе:

Па.( 8.25)

Общее сопротивление всего газового тракта:

Па.( 8.26)

Расчетная высота дымовой трубы:

м.( 8.27)

Расчетная высота не совпадает с принятой ранее, значит методом итераций продолжаем расчеты.

Таблица 8 - Итерационный расчет высоты дымовой трубы

Выводы: определили геометрические размеры дымовой трубы: ее диаметр, округленный до стандартного, составил D = 2 м; высота трубы, рассчитанная методом последовательного приближения, имеет значение h = 47,551 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был произведен технологический расчет трубчатой печи для нагрева и частичного испарения нефти.

Расчет состоял из восьми этапов, на каждом из которых были получены данные, необходимые для того, чтобы спроектировать нашу трубчатую печь. Так, результатом расчетов первых двух этапов (расчет процесса горения топлива и расчет к.п.д. печи и расхода топлива) стала полезная тепловая нагрузка, значение которой Q_пол = 90311812,5 ккал/ч. По этому значению в следующем этапе был подобран типоразмер печи, была выбрана печь типа ГН2 с поверхностью нагрева радиантных труб 575 м², рабочей длиной 15 м. Выбрали горелки типа ГВН-0,75. Далее, в этапе расчета камеры радиации, нашли фактическое теплонапряжение радиантных труб q_р = 30032 ккал/м²ч, которое не превышает допустимое значение 35000 ккал/м²ч, т.е. проектируемая печь работает с недогрузкой. В пятом этапе рассчитали диаметр печных труб d_нар = 0,127 м, определили соответствующие ему толщину стенки д= 0,008 м, шаг между осями труб 0,280 м. Расчет камеры конвекции (шестой этап) дал нам ее высоту h_к = 10,4 м. Высота камеры радиации (топки) h_т = 13,8 м была определена в следующем этапе (гидравлический расчет змеевика). Также на этом этапе рассчитали давление сырья на входе в печь Р₀ = 1,84 МПа. В последнем этапе был проведен аэродинамический расчет дымовой трубы, получены ее размеры: диаметр, округленный до стандартного, D = 2 м и высота h = 47,551 м.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1982. -584 с.

2. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.- М.: Химия, 1987-304.

3. Трубчатые печи: Каталог / Составители В.Е. Бакшалов, В .Ф. Дребенцов, Т.Г. Калинина, Н.И. Сметанкина, Е.И. Ширман. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985. - 35 с.

4. Горелки для трубчатых печей: Каталог. Изд. 5-ое. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. - 23 с.

5. Справочник нефтепереработчика: Справочник / Под ред. Г.А. Ластовкина, В.Д. Радченко, М.Г. Рудина. - Л.: Химия, 1986. - 648 с.