Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка icon

Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка



НазваниеФ. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка
Дата конвертации19.08.2012
Размер224.52 Kb.
ТипКурсовой проект
скачать >>>
1. /Трубчатая печь/Проектирование трубчатой печи.doc
2. /Трубчатая печь/задание.PDF
Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка


Кафедра химии


Оценка проекта

________________

Члены комиссии

________________

(Ф.И.О., подпись)

________________

(Ф.И.О., подпись)


Проект трубчатой печи

для дегидрирования n – бутенов в бутадиен


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ


Пояснительная записка


00.00.00.000.000.000 ПЗ


Руководитель:


Студент


Содержание

Стр.

Задание на проектирование 3 Введение 4

1. Технологическая схема 6

2. Выбор конструкционного материала 7

3. Технологический расчет трубчатой печи 8

3.1. Материальный баланс 8

3.2. Тепловой расчет трубчатой печи 9

3.3. Расчет радиантной камеры 16

3.4. Расчет конвективной камеры 17 Заключение 22

Список литературы 23

Задание на проектирование


В трубчатой печи осуществляется реакция пиролиза бутена. Основную реакцию можно записать следующим образом:

.

Условия проведения реакции таковы, что ее можно считать полностью сдвинутой вправо. Кроме основной, протекает побочная реакция

Степень превращения бутена в бутадиен составляет . Массовый расход исходной бутеновой фракции составляет . Вместе с углеводородами в печь подается водяной пар; его расход .

Состав продуктов дегидрирования:

n – бутен 10 %

бутадиен 80%

кокс 3%

водород 7%

Температура исходной смеси на входе в конвективную часть равна 403 К.

Введение

Трубчатые печи широко применяются в производстве ООС и СК как нагревательные аппараты (например, в производствах дегидрирования бутиленов, изобутана, этилбензола); они находят также широкое применение в процессах пиролиза при получении этилена и других олефинов. В этом случае их следует рассматривать как нагревательно-реакционные аппараты. Трубчатые печи являются основными нагревательными аппаратами для большинства технологических установок нефтеперерабатывающих заводов.


Трубчатые печи представляют собой аппараты непрерывного действия с наружным огневым обогревом. Корпус современной трубчатой печи состоит из двух камер – радиантной и конвекционной. Трубы печного змеевика, расположенные в радиантной камере, получают тепло главным образом за счет радиации – излучения факела и раскаленной кладки камеры и называются радиантными. Трубы, расположенные в конвекционной камере, воспринимают тепло главным образом (на 70 %) путем конвекции от дымовых газов и называются конвекционными. Радиантную камеру от конвекционной отделяет перевальная стенка. Основная доля тепла (примерно 70 %) передается для пиролиза в радиантной камере.

Газообразные углеводороды, подвергаемые пиролизу (предварительно смешанные с водяным паром), двумя параллельными потоками поступают в конвекционные змеевики, где нагреваются до , и затем поступают в радиантные секции, в которых нагреваются до температуры пиролиза (). В настоящее время более широкое применение находят печи с излучающими стенками, выполненными из беспламенных панельных горелок. Горелки имеют квадратную форму со стороной квадрата 500 или 605 мм и толщину 230 мм. Они снабжены фланцами и соединяются болтами, образуя стенку.

Топливный газ под давлением подается к соплам эжекторов горелок, где смешивается с воздухом, и поступает в распределительную камеру и далее по многочисленным трубкам в мелкие керамические туннели. В пределах длины туннеля начинается и заканчивается горение хорошо перемешанной газовоздушной смеси. Видимого пламени не образуется, керамика же сильно раскаляется и излучает тепло.

В последнее время помимо обычной коробчатой трубчатой печи конструируют также вертикальные цилиндрические печи.


1. Технологическая схема
















8

7 – в закалочную колонну






Рис.1. Схема потоков узла пиролиза.

1 – бутеновая фракция; 2 – водяной пар; 3 – парогазовая смесь; 4 – топливный газ; 5 – воздух; 6, 7 – пирогаз; 8 – умягченная вода; 9 – продукты сгорания; 10 – пар высокого давления.

2. Выбор конструктивного материала

Выбор материала должен производиться из его коррозионной стойкости в заданной среде рабочих условий, он должен быть максимально стойким (в том числе и при нормальной температуре) к коррозии от нагреваемых сред; он должен допускать теплосмены без нарушения механических свойств, в том числе ударной влажности. Таким образом, радиантные трубы изготавливаем из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.

Печь монтируются на фундаментных опорах, обеспечивающих нормальный доступ к горелкам (керамика). Дымовая труба с шибером устанавливается непосредственно на конвективную камеру печи. Конструкция печей позволяет легко демонтировать змеевики, а конструкция змеевиков - проводить ремонт путем замены прямых или гнутых участков труб.


3. Технологический расчет трубчатой печи


3.1 Материальный баланс


В трубчатой печи осуществляется реакция пиролиза бутена:

;

.

- компонент А; - компонент В; - компонент Y; С – компонент D.

; Вместе с углеводородами в печь подается водяной пар; его расход .

Состав продуктов дегидрирования:

n – бутен 10 %

бутадиен 80%

кокс 3%

водород 7%



.


Составляем материальный баланс трубчатой печи

Таблица № 1.




Приход

Расход



15000

1500



3000

12000






1050

С




450

Н2О

3000

3000

всего:

18000

18000



3.2 Тепловой расчет трубчатой печи

Трубчатая печь предназначена для высокотемпературного пиролиза жидких и газообразных углеводородов. Для расчета выбрана четырехпоточная трубчатая печь градиентного типа с излучающими стенками топки. Техническая характеристика печи:

Тепловая нагрузка, кВт

12000

Нагрузка по бутеновой фракции, кг/ч

7370

Производительность по бутену, кг/ч

3730

Техническая характеристика камер:

 

конвективная

радиантная

Площадь поверхности теплообмена труб, м2

110

130

Давление рабочее, мПа







на входе

0,55

0,35

на выходе

0,35

0,17

Диаметр труб, мм

102х8

114х8

Рабочая длина труб, мм

5500

8500











Определим число трубчатых печей для определения заданной производительности. На установку подают 15000 кг/ч бутеновой фракции; следовательно, необходимо трубчатых печей:



По расчетам материального баланса образуется 12000 кг/ч бутадиена; следовательно, требуется трубчатых печей:

.

Таким образом, необходимо установить 2 трубчатые печи.

Последующий тепловой и конструкционный расчет ведем на одну печь.

Цель расчета – определение расхода топливного газа на сжигание в панельных горелках трубчатой печи.

Уравнение теплового баланса печи в общем виде:



где тепловые потоки бутеновой фракции; перегретого водяного пара; топливного газа, поступающего на сжигание; сгорание топливного газа; поступающего в печь воздуха соответственно, кВт; теплота, расходуемая на осуществление химических реакций, кВт; тепловые потоки пирогаза и продуктов сгорания соответственно, кВт; теплопотери в окружающую среду, кВт.

Для определения значений Ф1 и Ф3 используем данные исходные данные и данные таблицы 1.

Рассчитываем значение средних молярных теплоемкостей бутеновой фракции (Т=105+273=378 К) и топливного газа (Т=20+273=293 К).

Таблица № 2.

Бутеновая фракция



, Дж/моль К





0,1

85,65

8,565



0,8

79,54

63,632

С

0,03

8,54

0,2562

Н2

0,07

28,83

2,01

Всего:

74,46



Таблица № 3.

Топливный газ



, Дж/моль К





0,7185

34,70

24,9320



0,0083

43,82

0,3637

С2Н6

0,0011

52,09

0,0573

Н2

0,2661

28,82

7,6690

СО

0,006

29,07

0,1744

Всего:

33,1964

Тепловые потоки бутеновой фракции и топливного газа:



.

Тепловой поток перегретого водяного пара:

,

где - энтальпия перегретого пара при температуре 2300С и давлении 1 МПа, кДж/кг.

Для определения значений Ф4 и Ф5 рассчитывают низшую объемную теплоту сгорания топливного газа и количество воздуха, необходимого для сжигания. Низшую удельную теплоту сгорания любого топлива находят по формуле Менделеева:

,

где - низшая удельная теплота сгорания, кДж/кг; массовые доли углерода, водорода, кислорода, летучей серы и воды соответственно, %.

Для определения элементного состава топливного газа рассчитываем его массовый состав:

Таблица № 4.

Топливный газ

Мr



Mr xi





16

0,7185

11.4960

92.25



28

0,0083

0.2324

1.87

С2Н6

30

0,0011

0.0330

0.26

Н2

2

0,2661

0.5322

4.27

СО

28

0,006

0.1680

1.35

Всего:

12,4616

100

Определяем массовую долю элементов в топливном газе по формуле

,

где Аr – относительная атомная масса элемента; ni – число атомов элемента в соединении.



Массовые доли летучей серы и воды равны нулю.

Низшая удельная теплота сгорания топливного газа:



Топливный поток сгорания топливного газа:

кВт.

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг газа:



При коэффициенте избытка воздуха действительный расход воздуха составит:

на кг газа

или на 1 м3 газа,

где 1,293 – плотность сухого воздуха при нормальных условиях, кг/м3.

При температуре воздуха 250С и относительной влажности 80 % его влагосодержание составляет или

H2O на 1 м3 сухого воздуха,

где 29 и 18 – молярные массы воздуха и воды, г/моль.

Расход влажного воздуха: Теплоемкость влажного воздуха при температуре 250С:



или ,

где 29,37; 29,12 и 33,61 – молярные теплоемкости кислорода, азота и водяных паров соответственно, Дж/(мольК).

Тепловой поток поступающего в печь воздуха(поток 5):



Определяем теплоты реакций:









Рассчитываем теплоту, расходуемую на осуществление химических реакций:



Для определения теплового потока пирогаза рассчитываем теплоемкости компонентов пирогаза при Т=8450С. С учетом состава газа средняя молярная теплоемкость составит:

,

где 209,32; 173,92 и 30,96 – молярные теплоемкости бутена, бутадиена и водорода соответственно, Дж/(мольК).

Теплоемкость водяного пара 42,00 Дж/(мольК).

Тепловой поток пирогаза (поток 6):



Для определения теплового потока продуктов сгорания рассчитываем количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топливного газа:



Общее количество продуктов сгорания:



Проверка:

На 1 кг топливного газа подают 18,78 кг воздуха, в котором содержится влаги



Удельный объем продуктов сгорания:



Объемная доля диоксида углерода:



Аналогично рассчитываем содержание остальных компонентов. Состав продуктов сгорания: СО2 – 8,09%; Н2О – 21,04%; О2 – 0,87%; N2 – 70 %.

Объем продуктов сгорания в расчете на 1 м3 подаваемого на сжигание топливного газа:



Рассчитываем молярные теплоемкости компонентов продуктов сгорания при Т = 873 К. Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания:



Тепловой поток продуктов сгорания (поток 9):



Общий приход теплоты в печь составит:



Примем, что теплопотери в окружающую среду составляют 5 % от общего прихода теплоты:



Общий расход теплоты составит:



Расход топливного газа определим из уравнения теплового баланса печи:



Уточняем статьи теплового баланса:



Составляем тепловой баланс трубчатой печи

Таблица № 5.

Приход

кВт

%

Расход

кВт

%

Тепловой поток бутеновой фракции

881,188

5,4867

Теплота, расходуемая на осуществление х.р.

3413,488

21,25

Тепловой поток перегретого пара

1206,958

7,515

Тепловой поток пирогаза

7802,418

48,58

Тепловой поток топливного газа

13,99

0,0871

Тепловой поток продуктов сгорания

4048,854

25,21

Тепловой поток сгорания топливного газа

13830,07

86,112

Теплопотери в окружающую среду

803,0287

5

Тепловой поток воздуха

128,365

0,7993

 

 

 

Всего:

16060,57

100

Всего:

16060,57

100


Расход сухого воздуха в горелки печи:



Количество продуктов сгорания топливного газа:

.

Для выполнения дальнейшего расчета печи определяем тепловой поток парогазовой смеси на входе в радиантную камеру при Т=903 К.

Рассчитаем среднюю молярную теплоемкость бутеновой фракции при Т=903К.

Таблица № 6.

Бутеновая фракция



, Дж/моль К





0,1

97,298

9,729804776



0,8

84,314

67,45132886

С

0,03

10,372

0,311154102

Н2

0,07

16,399

1,14790808

 Всего:

1

 

78,64019581

Тепловой поток парогазовой смеси на входе в радиантную камеру:



Тепловая нагрузка конвективной камеры включает расход теплоты на нагревание сырья (бутеновой фракции) и перегретого водяного пара от температуры на входе в печь до температуры в радиантную камеру:



Тепловая нагрузка радиантной камеры включает расход теплоты на реакцию дегидрирования бутеновой фракции и нагрев парогазовой смеси от 630 до 8450С (температура на выходе из радиантной камеры):



Общая тепловая нагрузка печи:



Теплопотери в окружающую среду и с продуктами сгорания составляют (в расчете на низшую теплоту сгорания топливного газа):

или 35 %

КПД печи: 1 – 0,35 = 0,65 или 65 %


3.3 Расчет радиантной камеры

Площадь поверхности нагрева радиантных труб:



где Fp – площадь поверхности радиантных труб, м2; Фр – тепловая нагрузка радиантной камеры, кВт; - поверхностная плотность теплового потока радиантынх труб, кВт/м2.

Поверхностную плотность теплового потока экранных реакционных труб в печах рассчитываем конструкции принимают равной 60 кВт/м2, тогда получаем

.

Площадь поверхности теплообмена радиантных труб в принятой конструкции составляет .

При наружном диаметре радиантных труб общая рабочая длина труб равна:



Рабочая длина одной трубы 8,5 м, число труб .

Принимаем число труб в каждом потоке равным 7, тогда общая длина труб в каждом реакционном змеевике (потоке) составит 8,5*7 = 59,5 м.

Фактическая поверхность труб:

.

По существующим нормам шаг размещения экранных труб t = 0.25 м. при шахматном расположении труб расстояние между вертикальными рядами:

.

Расстояние от излучающих стен до трубного экрана принимают равным 1 м, расстояния от нижней и верхней труб до потолка и пода печи принимают равным шагу размещения труб (0,25 м). Тогда для n = 7 высота радиантной камеры составит:

.

Ширина четырехтопочной радиантной камеры:

.

При принятой рабочей длине труб 8,5 м объем радиантной камеры составит:

.

Поверхностная плотность теплового потока:

,

что соответствует оптимальным условиям эксплуатации печи (до 120 кВт/м2).


3.4 Расчет конвективной камеры


Температуру дымовых газов, покидающих радиантную камеру, находят из уравнения теплового баланса топки:

,

где - КПД топки, принимаем равным 0,97; Ф10 – тепловой поток продуктов сгорания на выходе из радиантной камеры, кВт.

.

Тепловой поток продуктов сгорания при температуре сгорания 6300С (поток 9) Ф8 = 4048,854 кВт; следовательно, при постоянной теплоемкости температура продуктов сгорания составила бы:

.

Учитывая рост теплоемкости с увеличением температуры, принимаем температуру продуктов сгорания равной 1250 0С и вычисляем молярные теплоемкости компонентов при Т = 1523 К и среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания по рассчитанному ранее их составу:



или 36,395/22,4 = 1,624кДж/(м3К).

Тепловой поток продуктов сгорания:

.

Фактическая температура продуктов сгорания:



В таком интервале температур (теплоемкость можно считать постоянной.

Площадь поверхности нагрева конвективных труб определяем:



Коэффициент теплопередачи в конвективной камере вычисляем:



где - коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к трубам, Вт/(м2К).

,

где с – постоянная для шахматного пучка труб с = 0,33; - коэффициент зависящий от числа рядов труб в пучке; - коэффициент теплопроводности продуктов сгорания, Вт/(мК).

Критерий Рейнольдса и Прандтля вычисляем при средней температуре продуктов сгорания в конвективной камере:



Скорость газов рассчитываем для самого узкого сечения пучка. В камере конвекции устанавливают трубы с рабочей длиной , наружным диаметром dн = 0,102 м, в одном горизонтальном ряду в шахматном порядке установлено n1 = 4 трубы с шагом t = 0,172 м. Наименьшая площадь свободного сечения составит:



Линейная скорость продуктов сгорания в самом узком сечении пучка:




Расчет теплофизических параметров продуктов сгорания

Расчет динамической вязкости продуктов сгорания:


Таблица № 7.




СО2

Н2О

О2

N2



Мi, кг/моль

44

18

32

28

-

Xi, %

8,09

21,04

0,87

70

100

Мixi/100

3,56

3,787

0,278

19,6

27,23



414

358

490

410

-



0,0086

0,0106

0,00057

0,0478

0,068




Плотность продуктов сгорания:

.

Объемную теплоемкость продуктов сгорания находим из значения тепловых потоков Ф8 (при температуре 6300С) и Ф10 при температуре 12050С):



где Vпс – объемный поток продуктов сгорания, равный

15640/3600 = 4,344 м3/с.

Удельная теплоемкость продуктов сгорания:



Критерий Прандтля для двухатомных газов Pr = 0,72.

Теплопроводность продуктов сгорания определим по формуле:



Критерий Рейнольдса:

.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяют по эмпирическому уравнению Нельсона:

.

Коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к парогазовой смеси:

.

Для определения средней разности температур между теплоносителями находим температуру парогазовой смеси на входе в конвективную камеру из уравнения теплового баланса:

,

где Ф11 – тепловой поток бутеновой фракции после смешения, кВт; Ф12 – тепловой поток перегретого водяного пара после смешения, кВт.

Объемная доля водяного пара в парогазовой смеси равна

.

Парциальное давление водяного пара при общем давлении смеси 0,55 МПа составит:

.

Для первоначального расчета примем температуру парогазовой смеси 1100С. Энтальпия перегретого водяного пара при р = 0,0935 и t = 1300С составляет 1992,1 кДж/кг. Рассчитаем молярные теплоемкости компонентов бетеновой фракции при Т = 403К и среднюю молярную теплоемкость:

.

Тепловой поток до смешения:



Тепловой поток после смешения:

.

Расхождение в балансе незначительно (0,2%), следовательно, температура парогазовой смеси после смешения принята верно.

Температурная схема теплообмена:



Средняя разность температур между теплоносителями:

.

Площадь поверхности нагрева конвективных труб:

.

Таким образом, необходимо установить 12 рядов горизонтальных труб. Суммарное число труб n = 12 x 4 = 48.

Фактическая площадь поверхности теплопередачи:

.

Высота, занимаемая трубами в конвективной камере, при шаге размещения труб t1 = 0.148 м составит:

.

Заключение

Я рассчитала трубчатую печь с вертикальным расположением радиантных труб для пиролиза бутеновой фракции. В результате проделанной работы был составлен материальный и тепловой балансы процесса дегидрирования бутена.

Производительность по исходному компоненту ; количество водяного пара, подаваемого вместе с бутеновой фракцией в печь - . Общая тепловая нагрузка печи составила. КПД трубчатой печи – 65 %.






Похожие:

Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconКурсовой проект Отопление и вентиляции Проектирование системы отопления и вентиляции жилого дома (Пояснительная записка) 2906. Тсн 04 кп. 00000 03 Проект
В закрытых помещениях человек проводит до 80% времени. Поэтому для создания нормальных условий его жизнедеятельности необходимо поддерживать...
Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconКурсовой проект «Строительные конструкции» Проектирование сборного железобетонного многоэтажного здания Пояснительная записка 2906 ск 00 кп 000 00 пз

Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconКурсовой проект по дисциплине Производственные предприятия транспортных сооружений абз расчетно-пояснительная записка
Сравнение времени остывания асфальтобетонной смеси со временем ее доставки к месту укладки. 5
Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconЭто курсовой проект по предмету: "Технология и оборудование Автоматизированного производства рэс". Данный курсовой проект был сдан преподавателю кафедры 44-2 Московского Авиационного Института, Ляховой Н. Б. 30. 12. 2000

Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconКурсовой проект по дисциплине «Устройства приема и обработки сигналов» Проект
Разработать эскизный проект радиоприемного устройства и полный расчет выбранного каскада
Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconКурсовой проект по дисциплине «Экономический анализ хозяйственной деятельности»
Приведите характеристики организации, на материале которой будет выполняться курсовой проект (название, форма собственности, виды...
Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconКурсовой проект Технический проект на производство топографо-геодезических работ на объекте

Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconКурсовой проект по дисциплине "Многоканальные системы передачи" кп 2016 ш-63 П3 Студент Грушин Д. С. подпись
Схема прохождения цепей по линейно аппаратному цеху и план размещения оборудования 22
Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconТехническое задание на проект; пояснительная записка
Настоящее положение определяет порядок проведения конкурса Попечительского совета тусур «Лучший инновационный проект гпо» с целью...
Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconТехническое задание на проект, пояснительная записка
Настоящее положение определяет порядок проведения конкурса попечительского совета тусур «Лучший инновационный проект гпо» с целью...
Ф. И. О., подпись Проект трубчатой печи для дегидрирования n – бутенов в бутадиен курсовой проект пояснительная записка iconКурсовой проект по организации труда Вариант задания №15
Данный курсовой проект посвящен разработке вопросов научной организации труда в прядильном цехе хлопкопрядильного производства, чесальном...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы