Получение этилена из нефти и газа - Клименко А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Охлаждение и нагрев газа встречаются в холодильных циклах при снятии перегрева, полученного после сжатия газа, внешним источником (например, водой или воздухом), при конденсации холодильного агента с отдачей тепла внешнему источнику, при теплообмене внутри схемы холодильного цикла (регенерация холода), при испарении холодильного агента с поглощением тепла от внешнего источника.
Процессы теплообмена в реальных аппаратах холодильных цик-* лов всегда совершаются при конечной разности температур и сопровождаются потерей давления рабочего тела, притоком тепла из внешней среды или теплопотерями. Степень термодинамического совершенства теплообменного аппарата и абсолютное значение потерь в нем могут быть найдены при сравнении реального теплообменного аппарата с идеальным, в котором источники указанных выше потерь отсутствуют.
В общем виде термодинамические потери в теплообменном аппарате выражаются соотношением:
5x0 = 2 T0 б (Gi A S). (IV. 46)
Рассмотрим теплообмен между количеством С? вещества А, охлаждаемого от температуры tA до tA, и Gb вещества В, нагреваемого от температуры tf до to (рис. 13S, А и В). Теплообмен происходит при температурах ниже температуры окружающей среды T0; тепло-приток извне составляет A QBC ккал/час. Падение давления потока А составляет. Л PА, потока В — Л P . Потеря энергии в результате теплообмена может быть выражена уравнением
3r0 = (GА A S12A -GBA О T0 . (IV. 47)
Численное значение потерь определяют следующим образом. Для каждого из потоков А- и В изображается процесс охлаждения и нагрева на диаграмме состояния (рис. 138). Предполагается, что тепловая нагрузка теплообменника (?то, значения температур
и t?, t1/ и ff, а также падение давления обоих теплообмениваю-щихся потоков (А Рд и Л P) известны. РІзменение энтропии потока А в процессе охлаждения составит:
G4(V - S2A); (IV. 48а)
потока В при подогреве:
Ge[Sf-Sf). • (IV. 486)
В результате теплопрнтока из внешней среды, чтобы получить заданные температуры, расход охлаждающего вещества GB должен быть больше расхода G'B, определяемого тепловым балансом процесса теплообмена между двумя потоками, в соотношении:
Cb-G;**±^. (IV. 49)
При заданных значениях расходов G4 и GB теплоприток извне вызовет смещение точки t% в положение t?„ на величину
Atn ,.= Aft_2^. (IV. 50)
После нанесения точек 1 я 2 для вещества А и В необходимо построить совмещенную диаграмму Q-T процесса теплообмена для обоих веществ. Теплообмен возможен, если линии Qx = фд (T) и
QB = фв (T) не пересекаются. Такая проверка особенно необходима, если в процессе теплообмена происходит изменение агрегатного состояния одного из веществ: его конденсация или испарение.
Построенная диаграмма Q — T может быть использована для определения средней интегральной разности температур в процессе теплообмена.
Минимально возможными потерями в теплообменнике являются потери при разности температур на одном из его концов (для регенеративных теплообменников холодильных установок — на теплом конце теплообменника), равной нулю, при перепадах давления и теплопритоке извне, также равных нулю, т. е. при
tf = tf. А Рв = А РА = 0 и QBC = 0.
При сравнении действительных потерь с наименьшими возмож^ ными можно оценить эффективность работы теплообменного аппарата и выявить технические возможности повышения эффективности.
Смешение двух потоков одного и того же вещества с различными температурами tA и tB (в результате которого температура смеси приобретает промежуточное значение tCM так, что tB < tcu < tA) следует рассматривать так же как теплообмен При смешении один из потоков (В) охлаждается от tB до tCM, а другой поток (А) нагревается
от tA до ?см. Численное значение tCii определяется из уравнения теплового баланса. Для процесса смешения при постоянном давлении энтальпию смеси определяют по формуле
1см =-J,---г-ц-. (IV. 51)
Если смешиваются потоки одного и того же состава, как это чаще всего бывает в холодильных циклах, то tCK находят на диаграмме состояния по значению iCw При смешении потоков различного состава для определения температуры смеси следует подставлять в уравнение теплового баланса численные значения расходов, теплоємкостей, энтропии и температур отдельных компонентов. Кроме того, к потерям в этом случае следует отнести идеальную работу разделения смеси А Лид.
Энергетические потери при смешении могут быть вычислены по общему правилу:
Зсм = (GA A SU2 - GB A S?-2) T0- (IV. 52)
Потери при расширении газа с совершением внешней работы вычисляют в результате сравнения процесса, происходящего в действительном детандере, с процессом адиабатического расширения * в том же интервале давлений.
На рис. 138 линией 1—3 показан процесс политропического расширения в детандере, а линией 1—3' — обратимый процесс адиабатического расширения. Разность A S = .SV—Sz характеризует необратимость процесса; потеря энергии в результате несовершенства процесса расширения в детандере определится из общего соотношения:
Здет = d A SxT0. (IV. 53)
