Расчет процесса горения топлива

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

Технологичекий расчет трубчатой печи

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

Студент гр. ТП – 06 – 01

2009
Содержание

	С.
Введение
1. Исходные данные
2. Расчетная часть
2.1 Расчет процесса горения топлива
2.2 Тепловой баланс трубчатой печи. Расчет коэффициента полезного действия и расхода топлива
2.3 Выбор типоразмера трубчатой печи
2.4 Выбор горелок
2.5 Расчет диаметра печных труб
2.6 Упрощенный расчет камеры радиации
2.7 Расчет камеры конвекции
2.8 Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи
2.9 Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы
Заключение
Список использованных источников

Введение

В большинстве процессов нефтеперерабатывающей промышленности используется нагрев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспортировка.

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30% общего расхода материалов на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы таких аппаратов, а также освоению их расчета необходимо уделять особое внимание.

Трубчатая печь является аппаратом, предназначенным для передачи нагреваемому продукту тепла, выделяющегося при сжигании топлива непосредственно в этом же аппарате.

Трубчатые печи широко распространены в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностях, они являются составной частью многих установок и применяются в различных технологических процесса, таких как перегонка и риформинг, гидроочистка и др.

Трубчатые печи получили широкое распространение благодаря своим особенностям. Их работа основывается на принципе однократного испарения, что обеспечивает либо более глубокое при данной температуре нагрев сырья, либо заданный отгон при более низкой температуре нагрева.

Трубчатая печь имеет две камеры: радиации и конвекции. В камере радиации, где сжигается топливо, размещена радиантная поверхность. Тепло поглощается в основном за счет радиации. В камере конвекции расположены трубы, воспринимающие тепло, главным образом, за счет конвекции – при соприкосновении дымовых газов с поверхностью нагрева.

Если тепло дымовых газов может быть использовано для иных целей, например, для подогрева воздуха или для производства водяного пара, то либо наличие конвекционной поверхности не является обязательным, либо размеры этой поверхности могут быть существенно уменьшены. При небольшой производительности иногда применяют печи без конвекционной поверхности, более простые в конструктивном отношении, но обладающие невысоким коэффициентом полезного действия.

Исходные данные

Производительность печи по сырью, т/сутки
Начальная температура сырья, оС
Конечная температура сырья, оС
Массовая доля отгона сырья	0,36
Давление сырья на выходе из змеевика печи, атм.	2,0
Относительная плотность сырья	0,9
Относительная плотность сконденсированных паров	0,8
Коэффициент избытка воздуха	1,08
Состав топлива, % масс
СН4
С2Н6
С3Н8
С4Н10

Расчетная часть

Расчет процесса горения топлива

Целью этого этапа расчета является расчет низшей теплотворной способности топлива, количества и состава продуктов сгорания, теплосодержания продуктов сгорания.

Рассчитаем элементарный состав газового топлива, низшую теплотворную способность топлива, количество и состав продуктов сгорания, теплосодержание продуктов сгорания.

1) Определим элементарный состав газового топлива:

Содержание углерода

С=12 ,

Где n_Ci – число атомов углерода в молекулах компонентов газового топлива;

xi - концентрация компонентов в топливе, % масс;

M_i – молекулярные массы компонентов газового топлива, г/моль.

k - число компонентов в топливе;

С – содержание углерода, % масс.

С=12 ( + + + ) = 76,20 % масс

Содержание водорода

H= ,

Где n_Hi – число атомов водорода в молекулах компонентов газового топлива;

xi - концентрация газовых компонентов топливе, % масс;

M_i – молекулярные массы компонентов топлива;

k - число компонентов в топливе;

H – содержание водорода, % масс.

H= ( + + + ) = 23,80 % масс

Cделаем проверку : 76,2 + 23,8 =100 % масс.

Низшая теплотворная способность топлива определяется по уравнению Менделеева, кДж/кг:

, (1)

где W – содержание влаги в топливе, % масс.

.

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, кг/кг:

(2)

.

Фактический расход воздуха, кг/кг:

, (3)

где α – коэффициент избытка воздуха.

.

Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг:

, (4)

где W_ф – расход форсуночного пара, кг/кг.

.

Количество газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива, кг/кг:

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

.

Проверка:

.

.

Объемный расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, м³/кг:

(10)

.

Расчет теплосодержания продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре производится по формуле, кДж/кг:

, (11)

где Т – температура продуктов сгорания, К;

, , , , – средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг∙К.

Зависимость теплосодержания продуктов сгорания от температуры представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – зависимость теплосодержания продуктов сгорания от температуры.