- •1. Схема установки и ее описание [4]
- •2.Определение температуры контактного газа на входе в перегреватель[3]
- •2.1. Определение состава контактного газа и шихты.
- •2.2. Тепловой баланс перегревателя (без учета потерь):
- •2.3. Определение величины энтальпии контактного газа на входе в перегреватель[3]
- •2.4. Определение температуры контактного газа на входе в перегреватель [3]
- •3.Определение эксергетического кпд перегревателя [3]
- •3.1 Энтропия контактного газа при температуре входа в перегреватель[3]
- •4.2. Изменение эксергии шихты [3]
- •5. Эксергетический кпд перегревателя [3]
- •6. Диаграмма потоков и потерь эксергии
- •6.1. Эксергия контактного газа на входе в перегреватель
- •6.2. Эксергия контактного газа на выходе из перегревателя
- •6.3. Эксергия шихты на входе в перегреватель
- •6.4. Эксергия шихты на выходе из перегревателя
- •6.5 Составление эксергетического баланса
- •6.6 Эксергетический кпд перегревателя шихты
- •7. Эксергетический кпд без учета эксергии контактного газа на выходе.
- •8. Расчет поверхности теплообмена [4]
- •9. Изображение изменения состояния контактного газа на t-s и p-h диаграмме
- •10. Изображение изменения состояния шихты на t-s и p-h диаграмме
- •Библиография
ВВЕДЕНИЕ
Одним из аспектов совершенствования энергетики химической отрасли народного хозяйства является внедрение и оптимизация энергохимико-технологических систем (ЭХТС). Одной из главных целей оптимизации ЭХТС является снижение до возможного минимума потребления энергии при сохранении высокой выработки целевого продукта. Преимущества комбинированного теплоиспользования перед раздельным производством технологической и энергетической продукции отчетливо выявляются при эксергетическом анализе. Эксергетический метод термодинамического анализа позволяет определить предельные возможности процессов, источники потерь и пути их устранения, повысить эффективность рассматриваемых ЭХТС и ее элементов. В настоящее время заложены основы системного подхода к сложным ЭХТС и оценки их совершенства с помощью эксергетического баланса, который учитывает различную ценность энергоресурсов разной физической природы или разного потенциала, в отличие от энергетического баланса, который не учитывает перечисленных факторов и особенностей процессов в связи с различными проявлениями необратимости.
Энергетический метод, основанный на первом законе термодинамики, является простейшим методом термодинамического анализа ЭХТС. Существенный недостаток метода – не учитывается ценность различных видов энергии, т.е. их практическая пригодность, что неверно с точки зрения второго закона термодинамики: в реально протекающих процессах происходят потери энергии на необратимость. Поэтому в настоящее время применяют два метода термодинамического анализа систем, учитывающих необратимость термодинамических процессов: энтропийный (метод циклов) и эксергетический. Оба метода основаны на втором законе термодинамики и решают задачу определения потерь работоспособности, потерь на необратимость реально протекающих процессов. Однако на базе эксергетического метода можно более тщательно провести термодинамический анализ ЭХТС и изыскать наиболее эффективные пути уменьшения затрат топливно-энергетических ресурсов при одновременном повышении технологических показателей.
Эксергетический анализ основан на широком использовании эксергии. Эксергия, или техническая работоспособность, – максимальная работа, совершаемая рабочим телом, если в качестве холодного источника теплоты принимается окружающая среда при температуре равной Т0 . Все реально протекающие процессы – необратимые, и в каждом случае необратимость является причиной снижения совершенства процесса. Это происходит не из-за потери энергии, а из-за понижения ее качества, так как в необратимых процессах энергия не исчезает, а обесценивается. В эксергетическом методе термодинамического анализа ЭХТС каждый ее элемент рассматривается как самостоятельная термодинамическая система. Эффективность работы каждого элемента ЭХТС оценивается путем сравнения эксергии на входе в этот элемент с потерей эксергии в результате необратимых процессов, протекающих в этом элементе, и обусловленных как внутренней, так и внешней необратимостью.
Таким образом, при определении потерь эксергии в каждом элементе исследуемой ЭХТС выявляются и количественно оцениваются причины несовершенства протекающих в них процессов, что дает информацию о возможности повышения совершенства во всех элементах и позволяет создать наиболее совершенную ЭХТС. Это является основной целью эксергетического метода анализа ЭХТС.
1. Схема установки и ее описание [4]
Кожухотрубчатые теплообменники - наиболее распространенный в химической технике тип теплообменной аппаратуры. Данный вид относится к поверхностным теплообменникам: теплоносители разделены стенкой, причем теплота передается через поверхность этой стенки. Кожухотрубчатые теплообменники просты в изготовлении, отличаются возможностью развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе.
Простейший теплообменник этого типа - кожухотрубчатый горизонтальный теплообменник с неподвижными трубными решетками. Он состоит из цилиндрической обечайки - кожуха (1), к которой с двух сторон приварены трубные решетки (2). В трубных решетках плотно закреплен пучок труб (3). К кожуху с помощью фланцев присоединены болтами (4) днища (камеры) (5). Уплотнение создается прокладкой. Для ввода и вывода теплоносителей к кожуху и днищам приварены патрубки(6).
Поток теплоносителя (контактного газа I) направляется через патрубок в одну камеру, проходит по трубкам и выходит через патрубок в другой камере. Другой поток теплоносителя (шихты II) вводится через нижний патрубок на кожухе в межтрубное пространство теплообменника, омывает снаружи трубы и выводится через верхний патрубок. Тепло от контактного газа шихте передается через поверхность стенок труб. Для увеличения скорости движения теплоносителя, а, следовательно, и увеличения коэффициента теплопередачи, в межтрубном пространстве в теплообменнике устанавливают ряд сегментных перегородок (7). В горизонтальных теплообменниках эти перегородки являются одновременно промежуточными опорами для труб. Способ размещения труб в трубных решетках – по концентрическим окружностям. Для обеспечения хорошей герметизации теплообменника, что предотвращает смешение теплоносителей, применяют такой способ крепления труб в трубных решетках, как развальцовка.
2.Определение температуры контактного газа на входе в перегреватель[3]
2.1. Определение состава контактного газа и шихты.
Определяем массовый состав контактного газа (кг/ч):
где , , - массовые расходы соответственно изопропилбензола, α-метилстирола и водяного пара, входящих в состав контактного газа.
Проверка:
верно;
Определяем массовый состав шихты (кг/ч):
Для этого найдем массовые расходы компонентов шихты по формуле ,
где - мольный расход компонента в шихте (кмоль/ч);
- молярная масса компонента (кг/кмоль).
- молярная масса изопропилбензола
где , - массовые расходы соответственно изопропилбензола и водяного пара, входящих в состав шихты.
2.2. Тепловой баланс перегревателя (без учета потерь):
, (2.1)
где - расход контактного газа [кг/с];
– расход шихты [кг/с];
- энтальпия контактного газа на входе в перегреватель [кДж/кг];
- энтальпия контактного газа на выходе из перегревателя [ кДж/кг];
- энтальпия шихты на входе в перегреватель [кДж/кг];
- энтальпия шихты на выходе из перегревателя [кДж/кг];
и вычисляются по формулам
, (2.2)
, (2.3)
где
энтальпия изопропилбензола [кДж/кг];
энтальпия -метилстирола [кДж/кг];
энтальпия водяного пара [кДж/кг];
массовая доля изопропилбензола;
массовая доля -метилстирола;
массовая доля водяного пара.
Примем давление контактного газа
Температура контактного газа на выходе из перегревателя
(2.2.1)
[3, (табл. С )]
[3, (табл. D)]
[6].
Давление паров шихты составляет
Температура шихты на входе в перегреватель
(2.3.1)
[3, (табл. С )]
[6].
Температура шихты на выходе из перегревателя
(2.3.2)
[3, (табл. С )]
[6].