Является ли разогрев реэвапоратора перегретым паром разумным?

Влияет ли большая разница температур и высокая температура на рабочую среду процесса?

Принцип работы ребойлера заключается в обеспечении источника тепла для колонны ректификации, что способствует дальнейшему испарению легких компонентов из жидкости на дне колонны. Однако при большой разнице температур увеличивается количество испаряющихся тяжелых компонентов, что негативно сказывается на процессе ректификации. Кроме того, если в жидкости на дне колонны присутствуют компоненты, склонные к образованию нагара, то при слишком высокой температуре может произойти их коксование

Некоторые среды могут разрушаться или образовывать коксы из-за локального перегрева, и именно тогда необходимо снизить давление и температуру для восстановления их состояния; в остальных случаях этого делать не нужно.

Я думаю, что косвенное нагревание подходит для этого

Если теплоноситель не чувствителен к высоким температурам, то проблем не должно быть (пар с давлением 0,55 МПа обычно не превышает 300 градусов), но на практике в теплообменниках часто возникают утечки.

Проверьте, какой способ теплообмена эффективнее: с насыщенным паром или с перегретым паром?

Последнее изменение в этом посте было сделано arpcd 24.11.2016 в 06:10. Похоже, что автор поста все еще является новичком (причины этого указаны в конце поста). Проблемы новичков можно описать так: на заводе XX имеется ректификатор E101, который используется для нагрева материалов с помощью насыщенного пара. Это вертикальный трубчатый теплообменник (самый простой тип теплообменника). Устройство работает нормально, его состояние хорошее. Сейчас на заводе происходит модернизация системы паропроводов. Чтобы при длительной транспортировке пара не образовывалось конденсата и повышалась эффективность использования пара, планируется использовать перегретый пар. Отдел технической модернизации завода требует от всех филиалов провести анализ своих устройств, использующих пар. В рамках реконструкции всего завода техническому отделу филиала XX необходимо провести расчеты по модели E101, а именно: возможно ли заменить использовавшийся ранее насыщенный пар перегретым паром при одинаковых условиях давления? Оцениваются такие факторы, как потребление энергии, технологические показатели и безопасность оборудования, чтобы отдел технического переоснащения мог спланировать последующие работы по модернизации. Чтобы получить ответ, вы можете создать аналогичный пример в виртуальной среде и самостоятельно провести расчеты, чтобы прийти к выводу: откуда берется опыт опытных специалистов? Рассчитано. . . . Начинается сценарий: параметры теплообменника E101 и используемого пара следующие. Поскольку это действующее оборудование, все приведенные ниже значения являются фактическими (это очень важно): площадь теплообмена F=40 м², максимальный коэффициент теплопередачи Kmax=500 Вт/м²·°C, средняя разница температур при теплопередаче T=50°C (температура кипения промежуточной среды — 112°C); максимальная тепловая нагрузка, которую можно достичь в реальных условиях эксплуатации, составляет Qmax=1000 кВт ； Используемый пар — это насыщенный пар при давлении 0,55 МПа Г (давление над атмосферой). Пар конденсируется при насыщающей температуре: P = 0,55 МПа Г, T = 162°C. Удельная энтальпия пара составляет H = 2760 кДж/кг; удельная теплоемкость при постоянном давлении Cp = 2,5129 кДж/кг·°C. Удельная энтальпия насыщенной воды равна H0 = 685 кДж/кг. Следовательно, потенциальная теплота конденсации пара равна r = 2760 – 685 = 2075 кДж/кг. При заданной тепловой нагрузке в 1000 кВт потребление пара составляет W = 1735 кг/ч. А вы, как главный герой пьесы — техник фабрики №XX, — ваша задача — проверить, можно ли использовать этот проклятый E101 с перегретым паром, а также оценить расход энергии, технологические показатели и безопасность оборудования. Всё это является вашими обязанностями. Если работу не выполнить или сделать плохо, руководитель будет недоволен, и оценка за конец года точно будет плохой! ! Специалисты отдела технического переоснащения указали следующие параметры перегретого пара: P=0,55 МПа, T=262°C; степень перегрева составляет 100°C; удельная энтальпия H=2981 кДж/кг; удельная теплоемкость при постоянном давлении Cp=2,1047 кДж/кг·°C; удельная энтальпия насыщенной воды H0=685 кДж/кг. Следовательно, при конденсации перегретого пара в насыщенную воду сумма явной и скрытой теплоты составляет r=2981–685=2297 кДж/кг. Рассмотрим три основных вопроса: потребление энергии, технологические показатели и безопасность оборудования. 1. Потребление энергии: его легко рассчитать. Предположим, что весь перегретый пар может быть полностью конденсирован в теплообменнике, что позволит сохранить неизменным тепловую нагрузку процесса. Тогда количество пара, необходимое для этого, будет равно W=Q/r=1000*3600/2297=1567 кг/ч. Это на 1735–1567=168 кг/ч меньше, чем раньше, то есть на 9,7%, что близко к 10%. Существующие трубопроводы и клапаны можно использовать дальше. . Руководитель послушал и сказал: «О, расходы снижаются, а клапаны в трубопроводах можно использовать снова — это здорово». (Извините, руководитель, но плохие новости обычно говорят в конце). . 2. Технологические показатели: сначала необходимо проверить, достаточно ли площади теплообмена у устройства E101. Другими словами, должна ли площадь теплообмена устройства E101, работающего с перегретым паром, соответствовать требованиям технологического процесса. В противном случае значения расхода ресурсов, полученные на этапе 1, будут нереалистичными. Из-за использования пара с избыточной температурой в процессе конденсации пара в E101 неизбежно выделяются этапы поглощения тепла с явной энергией и этапы поглощения тепла с скрытой энергией. То есть пар может конденсироваться только после того, как будет потрачена его избыточная температура в 100°C. Этот процесс делится на два этапа: превращение пара при температуре 262°C в пар при температуре 162°C, а затем превращение этого пара в воду при температуре 162°C. На первом этапе происходит поглощение тепла с явной энергией, а на втором — поглощение тепла с скрытой энергией. Если нагрузка на систему остается неизменной, то есть 1000 кВт, можно рассчитать нагрузку на каждый из этих этапов отдельно. Для этапа с явной энергией берется среднее значение удельной теплоемкости при постоянном давлении между температурами 262°C и 162°C: Cp = (2,5129 + 2,1047) / 2 = 2,3088 кДж/кг·°C. Тогда нагрузка Q1 = W·Cp·ΔT = 1567·2,3088·100 = 361,842 кДж/ч, что соответствует примерно 10% от общей нагрузки ； Этап поглощения скрытой теплоты: все просто – 1000–101 = 899 кВт. Эту величину можно вычесть из общей нагрузки на теплообменник; она составляет 90% от общей нагрузки. Для расчета площади теплообменника также все просто: на этапе поглощения скрытой теплоты приходится 90% от общей площади. Поскольку условия работы в этом этапе идентичны условиям при обычной работе теплообменника, достаточно умножить полученное значение на 0,9. Следовательно, F = 40 × 90% = 36 м². Это означает, что из 40 м² площади теплообменника 36 м² должны быть отведены под этап поглощения скрытой теплоты, а оставшиеся 4 м² – под этап поглощения явной теплоты. Может ли это обеспечить необходимый процесс преобразования 262 кг пара в 162 кг пара? Расчет для участка с явной теплопередачей также не представляет сложности. Для определения значения коэффициента общей теплопередачи требуется определенный опыт. Как правило, коэффициент теплопередачи на стороне газообразного фазы очень низок. Причина того, что у устройства E101 значение коэффициента общей теплопередачи достигает 500, заключается в том, что с одной стороны происходит конденсация пара, а с другой — испарение насыщенного раствора. В обоих случаях происходят процессы фазовых превращений, поэтому коэффициенты теплопередачи в этих зонах очень высоки. Однако при использовании перегретого пара коэффициент теплопередачи на его стороне составляет примерно несколько десятков; он вряд ли может превысить 100. Общий коэффициент теплопередачи обычно определяется значением, характерным для менее эффективной стороны. Независимо от того, насколько высок коэффициент теплопередачи на стороне испарения, это не имеет значения. Можно использовать значение K=100 для расчетов. В любом случае это всего лишь оценочные значения; если результаты моделирования окажутся неточными, это не страшно — допускаются ошибки. Тепловая нагрузка известна; обобщенный коэффициент теплопередачи вы оценили в 100. Оставшуюся разность температур можно рассчитать. Здесь необходимо использовать среднюю логарифмическую разность температур. Разность температур на холодном конце: 162–112 = 50 °C; на горячем конце: 262–112 = 150 °C. Логарифмическая разность температур T = (150–50) / ln(150/50) = 91 °C. Обратите внимание: разница температур имеет решающее значение, об этом пойдет речь далее. F=Q/(TxK)=101×1000/(91×100)=11 м². Другими словами, для удовлетворения требований к процессу теплообмена в режиме явного нагрева необходимо 11 м² площади для теплообмена. Следовательно, для использования перегретого пара потребуется в общей сложности 11+36=47 м² площади для теплообмена. Однако у устройства E101 имеется всего 40 м² такой площади, что создает проблемы для отдела технического переоснащения и руководства. Какую тепловую нагрузку может выдерживать этот нынешний E101? 11 м² используется для охлаждения перегретого пара; оставшиеся 29 м² способны обеспечить тепловую нагрузку Q2 = FxKxT = 29×500×50 = 725 000 Вт = 725 кВт. То есть, при использовании перегретого пара существующий устройство E101 может обеспечить максимальную тепловую нагрузку Qmax = 101 + 725 = 826 кВт (значение K равно 100 является максимальным). При этом требуемая мощность составляет 1000 кВт; значит, дефицит составляет 1 – 826/1000 = 17,4%. Другими словами, объем испарения на стороне реагента снижается на 17,4%. Это при условии, что значение K равно 100; обычно это значение вряд ли может превышать 100. . Руководитель бессознательно спрашивает вас: «Можно увеличить мощность пара?» Кто сказал, что вы можете использовать только поток в 1567 кг/ч? Можно ли использовать поток в 2000 кг/ч? Мы в нашем филиале можем позволить себе две тонны пара в час; деньги не проблема. . Руководитель — настоящий контролер: хоть и ругает, но то, что должно быть учтено, всё равно учитывается. В таких случаях можно указать предельные значения, то есть определить пределы работы оборудования. Для E101 ситуация, когда пар переходит из состояния 262 в состояние 162, а затем в состояние воды, является нормальной. Однако другая ситуация, которая считается аномальной (у руководителя же денег достаточно, поэтому он интересуется именно аномальными ситуациями), заключается в том, что перегретый пар совсем не конденсируется, и для нагрева используется только сенсибильная теплота. Сколько же пара потребуется в таком случае? W=Q/(Cp·t), где Q равно 1000 кВт, удельная теплоемкость принимается равной 2,3088 кДж/кг·°C. Какова разница температур? Не знаю. Если не знаем, можем определить или оценить. Перегрев пара у вас составляет 100°C — это максимальная разница температур, поскольку пар не конденсируется. Сколько же потребуется перегретого пара? W=1000×3600/(2,3088×100)=15 592 кг/ч. Это и есть расход пара в количестве 15,6 тонн в час. . . Это значение верное? ？ Q=WCpt — это ваша формула расчета энергии, но в то же время Q=FKT, что представляет собой лимит для значения Q в теплообменнике. Для потенциальной теплоты Q существует максимальное значение (максимальная разница температур, достижимая у E101, составляет 262–112 = 150 °C). Qmax = 40×150×100 = 600 кВт, что составляет всего 60% от первоначальной нагрузки в 1000 кВт у E101. Это плохо — значит, объем пара в 15,6 тонн/ч невозможно полностью использовать. У теплообменника просто нет возможности обработать такой объем пара. Площадь теплообменника составляет 40 м²; это похоже на автомагистраль: максимальная пропускная способность определяется по самой узкой части дороги. Далее дорога имеет четыре полосы движения (объем поставляемого пара достаточно велик), а в самой узкой части — всего две полосы (площадь 40 м²). Максимальная скорость движения составляет 120 км/ч; пропускная способность ограничена. Даже если у вас будет восемь полос движения, проезд все равно будет затруднен (объем поставляемого пара может достигать лишь 60% от максимально допустимой нагрузки…). . . Фактические расчеты должны выполняться с использованием метода градиентного спуска после того, как будет определено значение WCpt = FKT. Ведь здесь имеются две переменные: количество потребляемого пара W и разница температур t (t — падение температуры перегретого пара, T — логарифмически средняя разница температур в теплообменнике; при определении значения t автоматически определяется и значение T). Поэтому необходимо использовать метод градиентного спуска (как решить уравнение, в котором две переменные остаются неизвестными?) Каковы ваши математические навыки? ), но сложный метод градиентного поиска больше не нужен. Независимо от того, в каких условиях работает пар, и конденсируется ли он или нет, ваш аппарат E101 не сможет обеспечить требуемую мощность в 1000 кВт. Максимальная нагрузка, которую он может выдержать, при конденсации перегретого пара составляет 82% от первоначальной величины; при отсутствии конденсации — 60%. Это предельные значения, которые необходимо указать в расчетах, и именно этот ответ и требуют от вас руководители. Нужно сказать вашему начальнику, которому не жалко денег, что даже если поставить 100 тонн пара в час, это ничего не даст. Площадь E101 ограничена, а у нас на этой скоростной дороге всего две полосы — этого недостаточно! Даже если руководитель даст вам BMW X5, разве вы не сможете ехать со скоростью 40 км/ч на проселочных дорогах, где повсюду камеры и установлена ограничение скорости? (У лидера сердце замерло: я только что купил машину модели X5 для своей любовницы, живущей в вилле на окраине города. Неужели этот парень это увидел?) Вернусь и разберусь с ним! ! Действие накаляется! Теперь понятно, почему среди известных условий указана максимальная тепловая нагрузка Qmax=1000 кВт, верно? ？ Часто показатели реально работающего теплообменника вряд ли могут достичь значения Qmax из-за наличия допусков в проектировании. Другими словами, ваша задача — выявить этот допуск, понятно? О, боже мой, мы нагреваем термочувствительные материалы, они чувствительны к температуре, здесь не должно быть такой большой разницы температур. . . . . . Сюжет можно усилить. . . . . . 3. Безопасность оборудования: последний вопрос заключается в том, что фактическая разница температур у E101 составляет всего 50°C. В обычных теплообменниках с корпусом для передачи тепла при разнице температур между холодной и горячей частями, превышающей 60°C, необходимо использовать экспансионные узлы для компенсации расширения оборудования. Однако у модели E101 таких узлов нет. Если использовать перегретый пар, то, даже если материал E101 способен выдерживать температуру до 262°C, отсутствие экспансионных узлов делает невозможным выдерживание разницы температур в 100°C (150°C на горячей части и 50°C на холодной). Напряжения, возникающие из-за такой разницы температур, очень велики! У оборудования огромные риски! ! Если вы не знакомы с напряжениями, возникающими из-за разницы температур, можно проконсультироваться с специалистами в области оборудования. Если вы находитесь на производстве, следует спросить у техников, какие серьезные последствия может иметь разница температур в 100°C для E101. . О, наш теплообменник — это современный, высокотехнологичный теплообменник, ему не нужны такие вещи, как уплотнительные элементы или старые манжеты. . . . . . С безопасностью оборудования всё в порядке, пункт 3 можно убрать, а сюжет тоже можно сократить. . . . . . Ладно, уже всё подсчитано и записано, процесс описан подробно — разве не следует дать выводы и рекомендации? ？ Расчеты уже позволяют сделать вывод: использование перегретого пара не позволит обеспечить требуемую нагрузку в рамках первоначальной схемы работы. Другими словами, придется снизить нагрузку, а само оборудование находится в большой опасности — напряжения, возникающие из-за чрезмерной разницы температур по сравнению с первоначальным проектом, неизбежно приведут к повреждению устройства E101. . . У руководителя лицо чернее тучи? ？ ？ ？ Не спешите, совет всё равно нужно дать. . . . . Если ранее использовался перегретый пар, то существующий E101 приходится заменять из-за недостаточной площади теплообмена; его необходимо перепроектировать и изготовить заново, что сопряжено с огромными затратами. Руководство, конечно, скажет, что это задача, требующая много времени и усилий. Есть ли более простой способ? Да, перед входом в E101 нужно установить устройство для снижения температуры и увлажнения пара. Этого будет достаточно для насыщения пара. Существует множество производителей таких устройств, поэтому можно просто купить одно из них. Что касается воды, необходимой для работы устройства, то её можно взять из конденсатной воды, образующейся в E101. . . . . В глазах руководителя появился огонек: этот парень говорит неплохо, будем поступать так, как он советует. К концу года завод получит высокую оценку, а его зарплата удвоится. Через два года его можно будет повысить до должности руководителя. У него хороший уровень технических знаний; его аргументы обоснованные. Он не из тех ненадежных молодых людей, которые просто болтают без оснований, у которых нет данных, предложений или решений. Если в будущем он научится действовать эффективно, он может стать моим помощником~~~ Это и есть симулированный сценарий. . . . . . Самое важное в ситуационной драме — это то, что вы, будучи главным героем, должны сами провести расчеты и получить необходимые данные. Только так вы сможете иметь представление обо всех возможных вариантах. Как иначе вы узнаете, что площадь поверхности для теплообмена недостаточна, или что разница температур может достигать 91°C? Опыт, который могут дать старожилы, заключается в следующем: перегретый пар в устройстве E101 имеет фазу с явной теплотой; это приводит к уменьшению площади области, связанной с скрытой теплотой. В результате площадь устройства E101 может оказаться недостаточной. Кроме того, перегретый пар увеличивает разницу температур, что создает серьезные риски для оборудования. Слова «возможно» и «вероятно» — это способ, которым старожилы намекают на то, что без проведения расчетов они тоже не могут сказать ничего определенного. Расчеты должны выполняться самостоятельно; старожилы не будут делать их за вас. . Почему площади не хватает? ？ В чем же заключается большой риск? ？ Ты не в счёт: слова старика ты забудешь через три дня, а если и не забудешь за три дня, то обязательно забудешь через триста. К тому же, когда тебя спросят руководители или сотрудники отдела технического переоснащения, ты будешь в замешательстве (не думай, что руководители и сотрудники отдела — дураки; если у тебя нет четкого ответа, ты автоматически впадёшь в панику, и всё выйдет наружу!). Если у тебя не будет данных, ты сможешь только сказать: «Это сказал мой наставник. Может, спросите у него?» ？ Руководитель определенно заставит вас уйти в течение трех секунд... Что касается того, почему автор — новичок, то это совершенно просто: он указал лишь давление насыщенного пара, не уточнив, является ли оно давлением относительным или абсолютным. А сколько же температура перегрева? Не говорите, каковы параметры теплообменника? Какова площадь? Какова нагрузка от тепловых процессов? Не пишу. Какой формы бывает теплообменник? Бог знает, терпят ли материалы большие перепады температур? Не знаю. . . . . Раз уж это вопрос, сначала тебе нужно научиться четко формулировать его. Будь внимательнее: как новичок подходил бы к решению этой проблемы? Какие препятствия возникли бы у него в процессе размышлений? Не изучали ли принципы химической технологии, или не умеют считать, а может, просто ленятся считать? Сразу просят у учителей совета. . . . . Если проблему не ясно сформулировать, мысли не упорядочить, как тогда можно справиться с работой? Блюда — ужасные. . . . Или скажем, лень — огромная лень. . . . Не ленитесь, посчитайте. После этого вы станете экспертом. После расчетов вы не забудете об этом в течение 300 дней. Процесс расчетов очень сложен; определение параметров теплообменника в процессе эксплуатации, возможно, ещё более мучительная задача. . . . . . . Конечно, для таких расчетов требуется опыт. Процесс получения этого опыта, процесс самого расчета – это и есть путь от новичка до опытного специалиста. Никто не рождается уже опытным специалистом. . У меня под рукой есть записки к книгам, которые несколько лет назад составила учительница литературы для девочек, учившихся в седьмом классе. Отдаю их автору поста: оригинальный текст на древнем языке — из «Концунцзы • Цзюйвэй»: «Говорится, что Юй, Тан, Вэнь, У и государь Чжоу были трудолюбивы и усердны в своих усилиях; некоторые из них даже теряли руки или имели сутулую спину, но все равно считались мудрецами». ” Комментарий учителя: «Нужно усердно размышлять», а также прилагать физические усилия. Это очень трудно, иначе как можно стать «святым»?