Изомеризация н-пентана в изопентан

Средняя разность температур, 0С:

3900С     →     1500С

2700С     →     400С

Δt1 = 390 – 270 = 1200C

Δt2 = 150 – 140 = 1100C

Средняя разность температур:

Δtср. = = = 115.

Ориентировочно поверхность теплообменника определяется как:

F = = = 230,4 м2.

где: К=586,6 кДж/м2ч0С – коэффициент теплопередачи, принятый предварительно.

Расчет коэффициента теплопередачи.

     1.Частный коэффициент  теплоотдачи от газа к стенке (трубное пространство):

Скорость газа в трубках:

W = = ,

где: V  - секундный объем;

 S - сечение трубного пространства, м2.

W = = 2,46 м/с.

где: ρ – плотность газа 23,5 кг/м3.

Критерий Рейнольдса:

Re = = = 65787,

где: μ – динамическая вязкость 14*10-6 Н/м2.

     Поскольку значения  критерия Рейнольдса больше 10000, режим движения турбулентный, устойчивый.

 Критерий Прандтля:

Pr = = = 0,503,

где: с - удельная теплоемкость смеси = 0,58ккал/кг0С

         λ - теплопроводность смеси = 0,058 ккал/м0С.

     Критерий Нуссельта:

Nu = 0,023*Re0,8 * Pr0,4 = 0,023*657870,8*0,5030,4 = 125

α1 = = = 527 ккал/м2ч0С.

2.Межтрубное пространство:

W = = ,

S = 0,785*(D2 – nd2вн.) = 0,785*(1,02 – 918*0,022) = 0,496 м2.

W = = 0,46 м/с.

где: ρ – плотность газа = 23,5 кг/м3.

Re = = = 12354,

где: μ – динамическая вязкость = 17,5*10-6 Н/м.

     Поскольку значение  критерия Рейнольдса больше 10000, режим движения турбулентный, устойчивый.

Pr = = = 0,74.

где: с – удельная теплоемкость смеси = 0,76 ккал/кг0С;

        λ – теплопроводность  смеси = 0,065 ккал/м0С.

Nu = 0,023*Re0,8*Pr0,4 = 0,023*123540,8*0.740,4 = 38,2.

α2 = = = 144,6 ккал/мч0С.

3.Термическое сопротивление стенки:

Σr = ,

где: r1=r2=2500 ккал/мч0С – сопротивление загрязнений от реакционных газов;

δст. – толщина стенки трубки 0,002;

λст. = 40 ккал/мч0С – теплопроводность стали.

Σr = = 0,00085 ккал/м2ч0С.

4.Определение коэффициента теплопередачи:

К = = = 104 ккал/м2ч0С = 435,76 кДж/м2ч0С.

5.Необходимая поверхность теплообмена:

F = = = 310,2 м2.

К установке принимаем аппарат:

Поверхность теплообмена                                          346 м2

Количество трубок                                                      918шт.

Диаметр трубок                                                            20х2 мм

Длина трубок                                                                 6000 мм

Внутренний диаметр кожуха                                      1000 мм

Запас поверхности:

F΄΄ =

*100% =

 

 

5.3 Теплообменник Т-70

 

     Назначение: для подогрева углеводородного конденсата, поступающего в систему ректификации и охлаждения реакционных газов.

     Количество конденсата, поступающего в теплообменник  – 19080,19кг/ч

     Подогрев конденсата  до температуры - 1500С

     Охлаждение реакционных газов до температуры - 1100С

     Давление в трубном  пространстве - 14 кгс/см2

     Давление в межтрубном  пространстве - 50 кгс/см2

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7.3. Тепловая нагрузка на теплообменник

Компоненты	Кг/час	Энтальпия кДж/кг, 1500С	Энтальпия кДж/кг 1100С	Разность энтальпий, кДж/кг	Теплота кДж/ч
Водород	1146,72	2724,76	1592,20	1132,56	1298729,20
Метан	291,93	1097,78	1018,17	79,61	23240,55
Этан	246,14	972,08	879,90	92,18	22689,18
Пропан	230,87	884,09	775,15	108,94	25150,98
С4	162,18	817,05	712,3	104,75	16988,35
Н-пентан	8857	754,2	670,4	83,8	742216,60
Изопентан	8049,94	754,2	670,4	83,8	674584,97
С6 и выше	95,41	733,25	649,45	83,8	7995,36
Итого	19080,19				2811595,19

 

1.Приход тепла с углеводородным  конденсатом:

Q = g*t*c,

где: g – количество конденсата поступающего в теплообменник –

19080,19 кг/ч;

                         t - температура приходящего конденсата 400С;

                         с – теплоемкость конденсата  при 400С – 0,576 ккал/кг0С.

Qк = 19080,19*40*0,576 = 439607,6 ккал/ч = 1841955,84 кДж/ч.

     1.Средний температурный напор в теплообменнике.

        Конденсат  в теплообменнике нагревается  до 930С.

        1500С  --------------- 1100С

         930С  ---------------- 400С

     Δtб = 110-40=70;           Δtм. = 150-93 = 57;

     Δtср. = = = 63,50С.

     2.Необходимая поверхность теплообмена:

     F = = = 105,7 м2.

где: К – коэффициент теплопередачи, принятый 100 ккал/м2ч0С = 419кДж/м2ч0С.    

К установке принимаем аппарат:

Поверхность теплообмена                               130 м2

Внутренний диаметр кожуха                           800 мм

Число труб                                                         563 шт.

Давление в трубном пространстве                   14 кг/см2

Давление в межтрубном пространстве           50 кг/см2

Диаметр трубок                                                  25х2 мм

Длина трубок                                                      6000 мм.

Запас поверхности:

     F΄΄ =

 

 

5.4  Печь.

 

     Печь предназначена  для нагрева газовой смеси, поступающей  на изомеризацию в Р-11.

     Количество газовой  смеси в печи –q = 19080,19кг/ч.

     Температура продуктов  на входе в печь – 2700С. 

     Температура продуктов  на выходе из печи – 3800С.

     Давление в печи  – 5,0 МПа.

     Обогрев печи производиться  топливным газом, теплотворная способность  которого составляет Qн = 9600ккал/м3 = 40224 кДж/м3.

     1.Определение к.п.д. печи.

     Принимаем потери  тепла с уходящими газами q1 = 12-15%.

     Потери через теплоизоляцию q2 = 8%.

     η =   = = 0,77.

 

Таблица 7.6. Тепловая нагрузка на печь.

Компоненты	Кг/час	Энтальпия кДж/кг, 3800С	Энтальпия кДж/кг 2700С	Разность энтальпий, кДж/кг	Теплота кДж/ч
Водород	1146,72	5478,84	3905,08	1573,76	1804662,07
Метан	291,93	1805,89	1290,52	515,37	150451,96
Этан	246,14	1608,96	1206,72	402,24	99007,35
Пропан	230,87	1516,78	1143,87	372,91	86093,73
С4	162,18	1453,93	1110,35	343,58	55721,80
Н-пентан	8857	1424,60	1110,35	314,25	2783312,25
Изопентан	8049,94	1424,60	1110,35	314,25	2529693,65
С6 и выше	95,41	1391,08	1068,456	322,62	30781,56
Итого	19080,19				7539724,37

 

     2.Определение расхода  топлива:

     Bп = = = 243,43 м3/ч.

 

 

Расчет поверхности нагрева печи.

Общая тепловая нагрузка распределяется следующим образом:

а) Количество тепла передаваемого в радиантной камере, кДж/ч:

     Qp = 0,75*Qn = 0,75*7539724,37 = 5654793,28 кДж/ч.

б) Количество тепла, передаваемого в конвекционной камере, кДж/ч:

     Qk = Qn – Qp = 7539724,37 – 5654793,28 = 1884931,09 кДж/ч.

     Теплонапряженность  поверхности труб радиантной  камеры принимается qр = 37500 ккал/м2час = 157125 кДж/м2час.

     Теплнапряженность поверхности  труб конвекционной камеры принимается qк = 20300 ккал/м2час = 85057 кДж/м2 час.

в) Поверхность труб радиантной части:     Fp = = = 36,3 м.

г) Поверхность труб конвекционной части:

     Fk = = = 22.3 м.

     По нормам ОН-2692159-69 выбираем печь со следующими характеристиками:

Теплопроизводительность                                                               35,2млн.кДж/ч

Расчетная температура сырья на выходе из печи                                         3800С

Расчетная тем-ра на выходе из печи при прокалке катализатора              5200С

Расчетное давление в змеевике                                                                  40кг/см2

Поверхность радиантной части змеевика                                                       45м

Поверхность конвекционной части змеевика                                                 30м

Высота печи                                                                                                      5,03м

Длина печи                                                                                                       9,11 м

Диаметр труб                                                                                              45х3,5мм

Количество труб в радиантной части                                                           80 шт.

Количество труб в конвекционной части                                                     48 шт.

Вес печи                                                                                                      17409 кг.

 

5.5 Сепаратор.

 

     Назначение: отделение жидких углеводородов от газа.

     1.Секундный объем  газа, м3/с:

     Vr = 22,4* * ,

     где:gr - количество газовой смеси 4827,54 кг/ч;

            Mr – средний молекулярный вес смеси газов 10,8.

     Vr = 22,4* * = 0,064 м3/с.

     2.Удельный вес газа, кг/м3:

     Jr = = = 20,95 кг/м3.

 

     3.Допустимая скорость  газового потока, м/с:

     W = 0,0334* ,     где: Jж = плотность жидкости 600 кг/м3.

     W = 0,0334* = 0,18 м/с.

     4.Необходимое свободное  сечение, при котором газ не  будет уносить углеводородный  конденсат, м2:

     S = = = 0,71 м2.

     5.Диаметр аппарата, м:

     D = = 0,95 м.

 К установке принимаем аппарат:

Объем                                          6,8 м3

Диаметр                                       1200мм

Общая высота                             3400мм

Расчетное давление                    50 кгс/см2

Расчетная температура             400С

Вес                                               6455кг.

 

5.6 Емкость -5

 

      Назначение: сбор  фракции н-пентана, поступающей на  изомеризацию.

1.Объем емкости, м3:

V = = = 13,88 м3,

где: τ - время хранения – 0,25ч (15мин);

          ρ - плотность  смеси – 600 кг/м3;

          η - коэффициент  заполнения емкости - 0,8;

Принимаем диаметр = 2,5м.

Длина емкости:                        l = = = 2,83 м.

 

 К установке принимаем емкость:

Объем                                                                   20 м3

Диаметр                                                                2500 мм

Длина цилиндрической части                           4070 мм

Расчетное давление                                             6кгс/см2

Расчетная температура                                        600С

Вес                                                                         8720 кг.

 

 

5.7 Емкость – 18

 

     Назначение: сбор углеводородного конденсата после конденсатора -12 и сепаратора – 14.

1.Объем емкости, м:

V = = = 4,44 м3,

где: τ - время хранения – 0,16ч (10мин);