Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

"Уфимский государственный нефтяной технический университет"

Институт нефтепереработки и нефтехимии ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Салавате

Кафедра «Химико-технологические процессы»

Энергосберегающие технологии разделения углеводородного сырья

Расчетное задание №1

ХТП-18.04.01-02.00.009


Исполнитель

студент гр. МТП21-21-21 И. И. Мухаметзянов

Руководитель:

доцент М.В. Клыков .


Салават

2023

1 Цель работы
Моделирование процесса теплообмена в кожухотрубчатых кипятильников и оптимизация их поверхности теплообмена при использовании в качестве критерия оптимизации приведенных эксплуатационных затрат.
2 Ход работы
2.1 Исходные данные
Таблица 2.1 – Исходные данные

№вар.	М	ρ	μ·103	σ	λ	r·10-3	C	P,Па	Tнас	Gвп
9	210	740	0,75	0,02	0,100	280	2300	420000	420	5500

где ρ - плотность пара жидкости при атмосферном давлении, кг/м³;

ρ - плотность пара жидкости при давлении в системе, кг/м³;

ρ - плотность жидкости, кг/м³;

σ - поверхностное натяжение жидкости, Н/м;

с- удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг·К);

μ - динамическая вязкость жидкости, Па·с ;

r - теплота парообразования жидкости, кДж/кг;

λ - теплопроводности, Вт/(м·К);

Т_нас - температура в системе (кипения) жидкости, ^οК;

G_вп – расход вторичного пара.

Стоимость 1000 кг водяного пара 450 руб.

---

Стоимость 1 кг кипятильника 130 руб.

Остальные данные в программе модели.
2 Решение
В качестве оптимизируемого параметра рассматривается поверхность теплообмена.

Определяем критерий оптимизации по уравнению (1.1)

Приведенные затраты равны

С=G_п^.ц_п+G^.Ц/T, (1.1)

где G_п – расход водяного пара, кг/ч;

ц_п - цена 1 кг водяного пара, руб/кг;

G –масса кипятильника, кг;

^. Ц – цена 1 кг кипятильника, руб/кг;

Т – нормативный срок окупаемости, ч.
Сравниваем значения критерия оптимизации, далее определяем направление изменения поверхности теплообмена в строну снижения приведенных затрат.

2.1 Изменяли поверхность теплообмена в направлении снижения критерия оптимизации (таблица 1.1)

Таблица 1.1 – Результаты расчета

Результаты расчетов
	Поверхность теплообмена, м2	Масса кипятильника, кг	Критерий оптимизации,тыс. руб /ч	Темпе-ратура водя-ного пара, 0С	Движущая сила процесса, С	Расход водяного пара, кг/ч	Расход вторичного пара, Gвп, кг/ч	D кожуха	размер-ность труб	длина труб	число ходов
1	40	1340	356,571	192,7	45,7	789,96	5500	600	25*2	2	1
2	61	1760	349,816	183,16	36,16	774,19	5500	600	25*2	3	1
3	73	2300	347,851	179,73	32,73	768,85	5500	800	25*2	2	1
4	81	2180	346,579	178,04	31,04	766,24	5500	600	25*2	4	1
5	109	3200	344,438	173,54	26,54	759,64	5500	800	25*2	3	1
6	117	3600	344,133	172,57	25,57	758,24	5500	1000	25*2	2	1
7	139	3950	343,072	170,48	23,48	755,25	5500	800	25*2	4	2
8	146	3720	342,521	169,91	22,91	754,44	5500	800	25*2	4	1
9	155	4350	342,605	169,23	22,23	753,49	5500	800	20*2	4	6
10	176	4850	342,147	187,87	20,87	751,57	5500	1000	25*2	3	1
11	235	5950	341,412	165,15	18,16	747,95	5500	1000	25*2	4	1
12	256	6700	341,580	164,45	17,43	746,97	5500	1200	25*2	3	1
13	340	8150	341,476	162,27	15,27	744,12	5500	1200	25*2	4	1
14	372	8630	341,497	161,64	16,64	743,3	5500	1400	25*2	3	1
15	486	10680	342,173	159,97	12,97	741,1	5500	1400	25*2	4	1

---

2.2 По результатам исследования построили зависимость в координатах
С – F. Поверхность F соответствующая минимальному значению критерия оптимизации С является оптимальной (рисунок 1). Также, построили зависимость экономического эффекта от поверхности теплообмена (рисунок 2).



Рисунок 1 – Зависимость критерия оптимизации от поверхности теплообмена
2.4 Результаты моделирования для кипятильника поверхность теплообмена которого равна 340 м².



3. Тепловой расчет теплообменника

Исходные данные:













G_вп = 5500 кг/ч - расход вторичного пара.



Количество теплоты, необходимое для испарения продукта, составит
(7)

где G_вп = 5500 кг/ч - расход вторичного пара.
Удельная тепловая нагрузка теплообменной трубы составит
(8)

где F = 340 м² - поверхность теплообмена.


Коэффициент теплопередачи определим по формуле
(1)

Здесь

---

- сумма термических сопротивлений труб с загрязнениями;



Коэффициент теплопроводности труб с учетом отложений на них примем равным 0.0012 Вт/(м К). Тогда





Определим температуру теплоносителя, необходимую для ведения процесса в кожухотрубчатом кипятильнике. Принимаем ее равной 162.27 С.В этом случае имеем:









Принимая температуру теплоносителя, равной 149.79 C, можем вычислить значение этого коэффициента
(10)









Подставляя эти значения в формулу (10), получим

Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубе жидкости определим по формуле
(2)

---

Подставляя найденные значения в формулу (1), получим

В этом случае получим

Температура теплоносителя в кожухотрубчатом кипятильнике будет равна

Температура теплоносителя для кожухотрубчатого кипятильника выбрана верно. С учетом запаса в 10% принимаем дельта t равным 16.79^o C и t_2пк = 163.79^o C

Расход теплоносителя в кожухотрубчатом кипятильнике определим по формуле


Температуру стенки теплообменной трубы в кожухотрубчатом кипятильнике определим по формуле



Подставляя соответствующие значения для кипятильника, получим



3 Вывод
Сравнивая значения критериев оптимизации и изменяя длину труб, определили оптимальныйкипятильник,поверхность теплообмена которого равна 340 м². Следовательно, принимаем теплообменный аппарат со следующими параметрами:

D кожуха, мм	d труб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт	Длина труб, м	Масса, кг
1200	25х2	1	1083	4	8150

---

Смотрите также файлы

• Практическая работа Решение кейсовой задачи по теме Оценка качества образования.docx

• Урок, тема урока Вклад казахстанских ученых. Порядок действий Ход занятия.docx

• Дниежзі тарихы 5сынып.pptx

• Басшыны жанындаы кеес, желтосан, 2022 Павлодар аласыны 38 негізгі жалпы білім беретін мектебі кмм.docx

• Таврлы жалауда андай днекерлеу жіктері олданылады A жапсарлап.docx