2721 Методичнi вказівки та контрольні завдання (стр. 1 )

2721 МЕТОДИЧНI ВКАЗІВКИ

ТА КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

для самостійної роботи з дисципліни "Процеси та апарати хімічних виробництв (нафтопереробні виробництва)"

для студентів спеціальності 6.090220 "Обладнання хімічних виробництв i підприємств будівельних матеріалів"

денної та заочної форм навчання

Суми

Видавництво СумДУ

2009

Методичні вказівки та контрольні завдання для самостійної роботи з дисципліни "Процеси та апарати хімічних виробництв (нафтопереробні виробництва)" / Укладачі: , А. Є. Артюхов. - Суми: Вид-во СумДУ, 2009. – 74 с.

Кафедра "Процеси та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв"

Вступ

Вивчення спеціальної дисципліни “Процеси та апарати хімічних виробництв” (ПАХВ) здійснюється за окремими розділами протягом 2 семестрів та має такі етапи: 1) вивчення теоретичних основ процесів хімічної та нафтогазопереробної технологій, будови і роботи типового обладнання за конспектами, навчальною і спеціальною літературою; 2) робота на практичних заняттях, самостійна робота щодо розгляду прикладів і розв'язання контрольних задач; 3) виконання на заняттях лабораторних робіт, їх оформлення та захист; 4) складання іспиту за розділами курсу; 5) виконання та захист курсового проекту.

Метою цієї роботи є надання методичної допомоги студентам при вивченні тем: трубчасті печі, абсорбція, ректифікація та рідинна екстракція розділу “Масообмінні процеси та апарати” курсу ПАХВ, при закріпленні отриманих знань, у набутті навичок самостійного розв’язання складних інженерних задач. Методичні вказівки містять загальні рекомендації щодо змісту та оформлення домашніх завдань, стислі відомості за окремими темами розділу, контрольні питання для самоперевірки отриманих знань, а також варіанти контрольних обов'язкових завдань за темами.

Одержані знання використовують студенти при курсовому і дипломному проектуванні та у подальшій практичній роботі.

1 Загальні рекомендації щодо змісту, виконання

та оформлення обов'язкових домашніх завдань

1 У відповідності до навчального плану студенти протягом семестру виконують технологічні розрахунки такого обладнання: трубчастої печі, абсорбційної та ректифікаційної колони і рідинного екстрактора.

2 Завдання виконують у стандартному зошиті з полями 25 мм. На титульному аркуші зошита повинні бути зазначені прізвище, ім'я та по батькові студента, номер залікової книжки, група, номер завдання. Допускають виконання завдань на окремих стандартних аркушах формату А4, що зброшуровані в єдиний зошит з титульним аркушем.

3 У даних методичних вказівках завдання формулюють у загальному вигляді. Завдання необхідно переписати у зошит, вибравши початкові дані з таблиць у відповідності до варіанта.

4 Номер варіанта контрольного завдання (початкові дані для розрахунку) відповідає останнім двом цифрам номера залікової книжки. Якщо це число більше 50, то від нього необхідно відняти 50, тоді число, що залишилося, буде номером варіанта контрольного завдання. Роботу, яка не відповідає номеру варіанта, викладач не буде розглядати і не зарахує її.

5 Перед виконанням контрольних завдань необхідно вивчити відповідний розділ курсу, будову і роботу типового обладнання за підручником, відповісти на контрольні запитання з теми. Далі необхідно розглянути приклади розв'язаних задач і тільки потім приступати до вирішення контрольного завдання.

6 Вирішення контрольного завдання необхідно починати із складання плану (послідовності) знаходження відповідей на запитання. Спочатку необхідно скласти технологічну схему апарата, проставити на ній всі початкові дані, що відносять до конкретних ділянок схеми. Далі складають рівняння матеріального та теплового балансів процесу (або апарата) і знаходять масові та об'ємні витрати потоків і теплоносіїв. Потім визначають рушійну силу і кінетичні коефіцієнти тепломасообмінних процесів, а також розраховують конструктивні розміри відповідного апарата.

7 Всі розрахунки необхідно обов'язково супроводжувати стислим пояснювальним текстом: що розраховують, які закони та залежності для цього використовують. Формули, які використовують для розрахунку, подати в загальному вигляді з літературного джерела з обов'язковим посиланням на нього, з поясненням та розшифруванням величин, що входять до формули. Далі в окремому рядку в формулу підставляють значення величин (у системі СІ) та подають кінцевий результат розрахунку.

8 Посилання на літературні джерела необхідно позначати арабськими цифрами у квадратних дужках з зазначенням сторінки, номера використаного рисунка, таблиці. Наприклад, [5, c. 212] або [5, табл. 26].

9 Діаграми, що наводять у контрольній роботі, повинні бути виконані на міліметровому папері в узгодженому масштабі, діаграму вклеюють в зошит і забезпечують підрисуночним надписом.

10 Після закінчення розрахунків подають ескіз апарата з нанесеними основними розмірами згідно з розрахунковими даними. У кінці розрахунку зазначають список літератури, використаної студентом при вивченні теми і виконанні контрольного завдання. Робота повинна бути підписана автором із зазначенням дати її закінчення.

11 Зараховують (з оцінкою) тільки правильно виконану роботу. Роботу, що містить помилки, повертають студенту на виправлення, її виконують у тому самому зошиті на вільних аркушах. Закреслення неправильних цифр і надписування правильних у раніше виконаних розрахунках не допускають. Також не допускають переписування раніше виконаної та перевіреної роботи у новий зошит і подання її повторно без рецензії викладача.

12 До іспиту за розділами курсу ПАХВ студента допускають тільки після повного виконання навчального плану: повного відпрацювання усіх практичних занять і складання зарахованих (з оцінкою) контрольних завдань.

Трубчаста піч - апарат, який призначений для передавання продукту тепла, що виділяється при згоранні палива, безпосередньо у цьому самому апараті. У трубчастій печі сировина, що нагрівається, рухається по трубах змійовика, а гарячі продукти горіння омивають труби зовні.

Трубчасті печі широко розповсюджені у нафтопереробній та нафтохімічній промисловості, вони є складовою частиною багатьох установок і використовують у різноманітних технологічних процесах, таких, як перегонка нафти, мазуту, каталітичний крекінг і риформінг, гідроочищення, очищення мастил та інших.

Сучасна трубчаста піч має звичайно дві камери: радіаційну та конвекційну, які розділені перевальною стінкою. У радіаційній камері, де спалюється паливо, розміщені радіантні труби (екран), що поглинають тепло в основному за рахунок радіації. У конвекційній камері розміщені труби, які сприймають тепло головним чином шляхом конвекції – при зіткненні димових газів з поверхнею нагріву.

Сировина послідовно проходить труби конвекційної та радіаційної камер печі. Температура продуктів згорання на виході з радіаційної камери достатньо висока (600 – 900 °С). Тепло цих газів ефективно використовують для початкового нагрівання сировини в конвективних трубах, отримання перегрітої водяної пари та підігріву повітря для спалення палива.

Теоретичні основи процесів у трубчастих печах, а також будову та принцип роботи типових вогневих підігрівачів рекомендують вивчати за літературою [1-8]. Для самоконтролю засвоєння матеріалу теми пропонують такі контрольні запитання:

1 Яка природа та в чому полягає сутність і особливість процесів теплообміну тепловим випромінюванням?

2 Який фізичний зміст понять випромінювальна, поглинальна, пропускна й відбивна здатність сірих тіл?

3 Запишіть і сформулюйте закон Кірхгофа щодо випромінювальної здатності тіл.

4 Який фізичний зміст коефіцієнта ступеня чорноти сірого тіла та від яких параметрів він залежить?

5 Запишіть і сформулюйте закон Стефана – Больцмана для абсолютно чорного та сірого тіл.

6 Як визначити величину теплового потоку між нагрітими тілами при їх взаємному випромінюванні?

7 Які гази є прозорими для теплового випромінювання?

8 Як визначити величину теплового потоку при випромінюванні гарячих газів на тверду поверхню?

9 Коли і з якою метою використовують трубчасті печі?

10 За якими ознаками класифікують трубчасті печі нафтопереробних виробництв?

11 Як улаштована і працює типова однокамерна трубчаста піч?

12 Нарисуйте двокамерну трубчасту піч і опишіть принцип її роботи.

13 Як розміщують труби в радіантній і конвективній камері печі?

14 Які основні показники характеризують роботу трубчастої печі?

15 Як розрахувати теплове навантаження трубчастої печі?

16 Складіть рівняння теплового балансу трубчастої печі.

17 Як розрахувати витрати палива і к. к.д. трубчастої печі?

18 Від яких показників роботи трубчастої печі залежать температура згоряння палива і об'єм димових газів?

19 Запишіть рівняння теплообміну і поясніть, як відбувається теплопередача в радіантній камері трубчастої печі?

20 Запишіть рівняння теплообміну і поясніть, як відбувається теплопередача в конвективній камері трубчастої печі?

21 Викладіть послідовність теплового розрахунку трубчастої печі.

22 Викладіть послідовність гідравлічного розрахунку змійовика трубчастої печі.

23 Як визначити газовий опір і тягу газового тракту трубчастої печі?

Після вивчення теоретичних питань необхідно розглянути приклади розв'язання задач: 24 – 27 [1], 6.1 – 6.8 [2], 5.1 – 5.4 [7].

Тільки після цього можна виконувати контрольне завдання 1.

Нижче, у таблиці 1, наведені варіанти контрольних завдань.

Провести технологічний розрахунок трубчастої печі з випромінюючими стінками топки для нагрівання та часткового випаровування відбензиненої нафти за такими початковими даними: продуктивність печі за сировиною G = … т/добу; початкова і кінцева температура сировини відповідно Т1 = … К і Т2 = … К; відносна густина сировини ρ288 = …; масова частка відгону сировини на виході з печі складає е = …; склад газоподібного палива див. табл. 1.

У роботі проводиться: 1) розрахунок процесу горіння; 2) визначення корисного теплового навантаження печі, коефіцієнта корисної дії та витрати палива; 3) розрахунок поверхні нагріву радіантних труб; 4) визначення швидкості сировини на вході в змійовик печі та розмірів топки.

Таблиця 1 – Початкові дані для розрахунку трубчастої печі

Номер варіанта	Продуктивність за сировиною G, т/добу	Температура сировини, К	Відносна густина сировини ρ288	Масова частка відгону сировини е	Склад паливного газу уі, % об'ємн.
початкова Т1	кінцева Т2	метан СН4	етан С2Н6	пропан С3Н8	сірководень H2S	азот N2	діоксид вуглецю СО2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	2000	433	623	0,9	0,55	98,0	0,3	0,2	0,1	1,1	0,3
2	2040	435	627	0,95	0,5	91,8	2,0	0,5	0,3	3,6	1,8
3	2080	437	631	1,0	0,45	85,7	3,7	0,7	0,6	6,1	3,2
4	2160	439	635	0,95	0,5	79,5	5,5	0,8	0,8	8,7	4,7
5	2200	441	639	0,9	0,55	73,3	7,2	1,0	1,1	11,2	6,2
6	2240	443	643	0,85	0,6	67,1	8,9	1,4	1,3	13,7	7,6
7	2280	445	639	0,8	0,65	60,1	10,6	1,5	1,5	16,2	9,1
8	2320	447	635	0,75	0,7	54,8	12,3	1,8	1,8	18,7	10,6
9	2360	449	631	0,8	0,65	48,6	14,1	1,9	2,0	21,3	12,1
10	2400	451	627	0,85	0,6	42,5	15,8	2,1	2,3	23,8	13,5
11	2440	453	623	0,9	0,55	36,3	17,5	2,4	2,5	26,3	15,0
12	2480	450	619	0,85	0,6	42,2	15,9	2,2	2,2	23,9	13,6
13	2520	447	615	0,8	0,65	48,0	14,2	2,0	2,1	21,5	12,2
14	2560	444	611	0,75	0,7	53,9	12,6	1,8	1,8	19,1	10,8
15	2600	441	607	0,8	0,65	59,7	10,9	1,6	1,7	16,7	9,4
Продовження таблиці 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
16	2640	438	603	0,85	0,6	65,6	9,3	1,4	1,4	14,3	8,0
17	2680	435	607	0,9	0,55	71,5	7,7	1,2	1,0	11,9	6,7
18	2720	432	611	0,95	0,5	77,3	6,0	1,0	0,9	9,5	5,3
19	2760	429	615	1,0	0,45	83,2	4,4	0,8	0,6	7,1	3,9
20	2800	426	619	0,95	0,5	89,0	2,7	0,6	0,5	4,7	2,5
21	2840	423	623	0,9	0,55	94,9	1,1	0,4	0,2	2,3	1,1
22	2880	427	629	0,95	0,5	89,3	2,7	0,6	0,4	4,6	2,4
23	2920	431	635	1,0	0,45	83,8	4,2	0,8	0,6	6,9	3,7
24	2960	435	641	0,95	0,5	78,2	5,8	1,0	0,9	9,1	5,0
25	3000	439	647	0,9	0,55	72,7	7,3	1,2	1,1	11,4	6,3
26	1960	443	653	0,85	0,6	67,1	8,9	1,4	1,3	13,7	7,6
27	1920	447	647	0,8	0,65	61,5	10,5	1,5	1,5	16,0	9,0
28	1880	451	641	0,75	0,7	56,0	12,0	1,7	1,7	18,3	10,3
29	1840	455	635	0,8	0,65	50,4	13,6	1,9	2,0	20,5	11,6
30	1800	459	629	0,85	0,6	44,9	15,1	2,1	2,2	22,8	12,9
31	1760	463	623	0,9	0,55	39,3	16,7	2,3	2,4	25,1	14,2
32	1720	458	617	0,85	0,6	44,6	15,2	2,1	2,3	22,9	12,9
33	1680	453	611	0,8	0,65	49,9	13,7	1,9	2,0	20,8	11,7
34	1640	448	605	0,75	0,7	55,1	12,3	1,8	1,8	18,6	10,4
35	1600	443	599	0,8	0,65	60,4	10,8	1,6	1,5	16,5	9,2
36	1560	438	593	0,85	0,6	65,7	9,3	1,4	1,4	14,3	7,9
37	1520	433	599	0,9	0,55	71,0	7,8	1,2	1,2	12,1	6,7
38	1480	428	605	0,95	0,5	76,3	6,3	1,0	0,9	10,0	5,5
39	1440	423	611	1,0	0,45	81,5	4,9	0,9	0,7	7,8	4,2
40	1400	418	617	0,95	0,5	86,8	3,4	0,7	0,5	5,7	2,9
41	1360	413	623	0,9	0,55	92,1	1,9	0,5	0,3	3,5	1,7
42	1320	419	631	0,95	0,5	86,5	3,5	0,7	0,5	5,8	3,0
43	1280	425	639	1,0	0,45	80,9	5,1	0,9	0,7	8,1	4,3
44	1240	431	647	0,95	0,5	75,4	6,6	1,1	1,0	10,3	5,6
45	1200	437	655	0,9	0,55	69,8	8,2	1,3	1,2	12,6	6,9
46	1160	443	663	0,85	0,6	64,2	9,7	1,5	1,5	14,9	8,2
47	1120	449	655	0,8	0,65	58,6	11,3	1,6	1,6	17,3	9,6
48	1080	455	647	0,75	0,7	53,0	12,8	1,8	1,9	19,6	10,9
49	1040	461	639	0,8	0,65	47,5	14,4	2,0	2,1	21,8	12,2
50	1000	467	631	0,85	0,6	41,9	15,9	2,2	2,3	24,1	13,6

Для реалізації заданого процесу доцільно вибрати трубчасту піч типу А2Б2 – вузькокамерну з верхнім відведенням димових газів, центральним горизонтальним екраном і випромінюючими стінками із безполум'яних панельних пальників [9].