Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 15(185)

Рубрика журнала: Физика

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4, скачать журнал часть 5, скачать журнал часть 6, скачать журнал часть 7, скачать журнал часть 8

Библиографическое описание:
Колмаков С.О. СОПРЯЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОЭЖЕКЦИОННОЙ УСТАНОВКИ // Студенческий: электрон. научн. журн. 2022. № 15(185). URL: https://sibac.info/journal/student/185/247913 (дата обращения: 29.03.2024).

СОПРЯЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОЭЖЕКЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

Колмаков Станислав Олегович

магистрант, кафедра машин и аппаратов химических производств, Казанский национальный исследовательский технологический университет,

РФ, г. Казань

Осипов Эдуард Владиславович

научный руководитель,

канд. техн. наук, доц., Казанский национальный исследовательский технологический университет,

РФ, г. Казань

CONNECTED CALCULATION OF THE ELEMENTS OF A STEAM-JECTION INSTALLATION

 

Stanislav Kolmakov

master's degree, Department of Mechanical Engineering for Chemical Industry, Kazan National Research Technological University,

Russia, Kazan

Eduard Osipov

scientific supervisor, Candidate of Engineering Sciences, associate professor, Kazan National Research Technological University,

Russia, Kazan

 

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрен расчет первой ступени пароэжекционной установки, состоящей из пароэжекционного насоса и конденсатора по известному по компонентам сырью и определены зависимости температуры выхода продукта из конденсатора на поверхность теплообмена аппарата и на мольную долю паров в конденсаторе.

ABSTRACT

This article discusses the calculations of the first stage of a steam ejection plant, consisting of a steam ejection pump and a condenser, known by the raw material component, and the dependence of the temperature dependence of the product exit from the condenser to the heat exchange surface of the apparatus and to the mole fraction of vapor in the condenser.

 

Ключевые слова: пароэжекторный насос, конденсатор, доля отгона.

Keywords: steam jet pump, condenser, fraction of distillate.

 

Задачей при расчете пароэжекторного насоса в данном случае является определение требуемого количества водяного пара, подаваемого в качестве рабочего агента в пароэжекторный насос, при заданных входных и выходных параметрах смеси.

Исходными параметрами смеси в нашем случае являлись: давления и температуры рабочего, инжектируемого, сжатого потоков; расход инжектируемого потока. В качестве инжектируемого агента выступает смесь, смеси легких углеводородов и водяного пара:

Определены термодинамические параметры потоков потоков: удельный объем, энтальпия и энтропия и критические скорости потоков. Далее расчет ведётся методом подекадных приближений. Первоначально принимается приведенная адиабатическая скорость смешанного потока в выходном сечении камеры смешения λс3. Определяется приведенная массовая скорость смешанного потока в выходном сечении камеры смешения qc3, относительное давление в выходном сечении камеры смешения Пс3. Находится коэффициент эжекции при предельном режиме. [1, с.8]

Далее определяется приведенная массовая скорость инжектируемого потока во входном сечении камеры смешения qи2, а также qи2, в которой участвует параметр λи2 – приведенная адиабатическая скорость инжектируемого потока во входном сечении камеры смешения. Значение λи2 подбирается таким образом, чтобы оба значения qи2 были примерно равны, и их разница не превышала заданную степень точности. После определения qи2 и λи2 находим относительное давление инжектируемого потока во входном сечении камеры смешения Пи2 и относительное давление смешанного потока во входном сечении камеры смешения Пс2.

Находятся коэффициенты скорости K1 - K4. И определяем значение коэффициента эжекции u.

Действительный коэффициент эжекции эжектора u не может превышать предельный коэффициент эжекции, а их разница не должна быть выше заданной степени точности. В случае невыполнения этого условия, расчет повторяется с изменением приведенной адиабатической скорости смешанного потока в выходном сечении камеры смешения λс3 до тех пор, пока условие не станет выполнимым.

По условию Gр = Gс/(1+u) и Gи = Gр*u находятся массовые расходы рабочего потока и инжектируемого. Таким образом, значение требуемого расхода водяного пара для получения выходных параметров 7732 Па и 139 ℃ составило 2658 кг/ч при входных параметрах рабочего потока 709275 Па и 220 ℃ и инжектируемого 3333 Па и 80 ℃.

Изменяя давление на выходе из насоса, можно получить следующие данные по изменению требуемого расхода рабочего потока:

 

Рисунок 1. Зависимость расход рабочего потока от давления смешанного потока

 

Определение температуры на выходе из конденсатора

Смешанный поток от пароэжекторного насоса попадает в конденсатор, где конденсация происходит в 2 этапа по зонам: в первой проходит переход перегретого водяного пара в насыщенное состояние и частичная конденсация остальных элементов смеси. Во 2 зоне в большей степени происходит конденсация водяного пара.

Так как водяной пар составляет более 90% от состава смеси, некоторые параметры принимались как для 100%-ого водяного пара без особого ущерба для расчета.

В данном расчете определяется такая температура на выходе из конденсатора, при которой площадь поверхности поверочного конденсатора 1200 КПГ-1,0-М1/20Г-6-Т-2-У-И ТУ 3612-023-00220302-01 будет использована максимально эффективно при данных исходных параметрах.

При помощи программного обеспечения ASPEN HYSYS V8.6 определяем температуры, при которых водяной пар в смеси будет в состоянии насыщения и при которой водяной пар будет конденсироваться.

 

Рисунок 2. Схема конденсатора в программе HYSYS

 

Построенная схема в программе HYSYS позволяет определить доли отгона смеси в зависимости от температуры. Поток «1» является смешанным потом после пароэжекционного насоса с температурой 139 ℃. Изменяя температуру в потоке «2» получена зависимость, отображенная на графике ниже:

 

Рисунок 3. Зависимость доли отгона e от температуры смеси в конденсаторе

 

По данному графику видно, что конденсация смеси происходит при температуре ниже 40,7 ℃. А при температуре 38 ℃ будет сконденсировано более 80% смеси.

Для определения площади поверхности конденсатора приняты температуры в конце первой зоны 41,7 ℃, а на выходе с аппарата 39,5 ℃. Первостепенно определяются тепловые нагрузки по зонам конденсатора-холодильника по известным формулам. [2, с. 133]

Значение тепловой нагрузки в первой зоне при переходе водяного пара из перегретого состояние в насыщенное составило 1691828 кДж/ч или 469952 Вт. Во второй зоне происходит непосредственная конденсация смеси и тепловая нагрузка составляет большее значение - 7596747 кДж/ч или 2110207 Вт. Общее значение тепловой нагрузки конденсатора-холодильника 9288575 кДж/ч или 2580159 Вт.

Так же для определения площади поверхности теплообмена нужно найти коэффициенты теплопередачи и температурные напоры по формулам Грасгофа в первой и во второй зонах. [2, с.135].

В нашем случае ΔТср = 26,3 ℃ и k = 92,7 Вт/ (м2*К) для первой зоны и ΔТср = 5,3 ℃ и k = 1901,4 Вт/ (м2*К) для второй зоны конденсатора-холодильника. Тогда поверхность теплообмена аппарата по зонам составит [2, стр.144]: F1 = 192,5 м2 ; F2 = 210 м2 . А суммарная поверхность получится 403 м2.

 

Рисунок 4. Зависимость поверхности теплообмена аппарата от температуры на выходе

 

Согласно выбранному ранее конденсатору 1200 КПГ-1,0-М1/20Г-6-Т-2-У-И, его поверхность теплообмена составляет 592 м2. Таким образом, мы получили запас поверхности в размере (592-403)/592 = 0,319 или 31,9%. Это позволяет ещё снизить температуру и количество несконденсировавшегося продукта на выходе из аппарата. Такая зависимость наглядно видна на рис. 5. Температурой, при которой данный конденсатор будет эффективно работать, является 34,5℃. Доля отгона в таком случае по рис. 4 составит 0,1.

Уточненный расчет конденсаторов первой ступени и правильный выбор температуры конденсации позволяют не только снизить расход пара на вторую ступень, но и позволит добиться более высокой степени сжатия во второй ступени, что позволит увеличить температуру конденсации смеси, отходящей на третью ступень.

 

Список литературы:

  1. Р.Г. Акмен, А.П. Желтоноженко. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию «Расчет эжектора» для студентов специальностей 7.090510 «Теплоэнергетика» и 7.000008 «Энергетический менеджмент» / Сост. Р.Г. Акмен, А.П. Желтоноженко. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2007. – 20 с. Рус. яз.
  2. Кузнецов А. А., Кагерманов С. М., Судаков Е. Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е, пер. и доп. Л., «Химия», 1974.

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.