CC BY
29
CHIMICAL SCIENCES
THE STUDY OF THE PROCESSES OF CONDENSATION OF WATER AND HYDROCARBON VAPORS Sharipov K.K. (Republic of Uzbekistan) Email: [email protected]
Sharipov Kosimjon Komiljonovich - Мaster, Junior researcher, LABORATORY OF "PROCESSES AND DEVICES OF CHEMICAL TECHNOLOGIES", TASHKENT INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY OF UZBEKISTAN ACADEMY OF
SCIENCES, TASHKENT, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: the article describes experimental setup for studying the processes of condensation of water and hydrocarbon vapors in dogtramadol the heat exchanger, the methodology of the experiments and preliminary results. The obtained curves of the temperature distribution of the condensation heat transfer for the length of the apparatus and changes in the volume of condensate in time. The calculations illustrated the possibility of intensification of heat transfer in shell-and-tube apparatus. For comparison of thermo-physical indicators vapor coolants was carried out two series of experiments: the first examined the process of condensation of water vapor from the water, and in subsequent experiments investigated the condensation of vapors of hydrocarbons (gas condensate) of the Bukhara oil refinery.
Keywords: gas condensate, petroleum products, Stripping columns, hydrocarbons, horizontal condenser, heat exchanger/
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНЫХ И УГЛЕВОДОРОДНЫХ ПАРОВ Шарипов К.К. (Республика Узбекистан)
Шарипов Козимжон Комилжонович - магистр, младший научный сотрудник, лаборатория процессов и аппаратов химической технологии, Институт общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан, г. Ташкент, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье приводятся описание экспериментальной установки для изучения процессов конденсации водяного и углеводородных паров в двухтрубчатом теплообменнике, методика проведения экспериментов и предварительные результаты. Получены кривые распределения температуры конденсации теплоносителей по длине аппарата и изменения объема конденсата по времени. Расчетами иллюстрирована возможность интенсификации теплообмена в кожухотрубчатых аппаратах. Для сравнения теплофизических показателей паров теплоносителей были проведены две серии экспериментов: сначала изучили процесс конденсации водяного пара водой, а в последующих опытах исследованы конденсации паров углеводородного сырья (газоконденсата) Бухарского НПЗ.
Ключевые слова: газоконденсат, нефтепродуктов, отгонных колонн, углеводородного сырья, горизонтального конденсатора, теплообменник.
На нефтеперерабатывающих заводах основной установкой для производства широкого ассортимента нефтепродуктов являются нефтеперегонные установки. В состав этих установок, помимо ректификационных и отгонных колонн, также входит теплообменное оборудование - двухтрубчатые и кожухотрубчатые теплообменники и конденсаторы, а также аппараты воздушного охлаждения. Оборудование данной группы, различной
конструкции и производительности, широко используются для нагрева углеводородного сырья, конденсации вторичных паров и охлаждения дистиллятов [1, с. 565; 2, с. 166].
Несмотря на широкое практическое применение, в литературе приведены скудные данные по изучению процесса конденсации углеводородных паров в трубчатых аппаратах. Поэтому изучение процесса теплообмена при конденсации углеводородных паров в кожухотрубчатых аппаратах для интенсификации теплопередачи и разработки на этой основе рекомендаций по повышению эффективности промышленных конденсаторов имеет научно-прикладное значение.
С этой целью нами собрана экспериментальная установка [3], которая в основном состоит из испарителя 3 (парового котла с рабочим объемом 27 л), горизонтального конденсатора 8, представляющего собой двухсекционный теплообменник типа труба в трубе, ёмкости 12 для конденсата и объемного счетчика воды 10. Геометрические размеры элементов конденсатора (в мм) следующие: диаметр внутренней трубы - 20х2.5, диаметр наружной трубы - 50х3.5, рабочая длина одной секции - 1000 и диаметр присоединительных труб - 20х2.5.
Для сравнения теплофизических показателей паров теплоносителей были проведены две серии экспериментов: сначала изучили процесс конденсации водяного пара водой, а в последующих опытах исследованы конденсация паров углеводородного сырья (газоконденсата) Бухарского НПЗ. Эксперименты проводились при следующих условиях: давление паров 50, 100, 150, 200 и 250 кПа; расход охлаждающей воды 3 л/мин, а её температура на входе в установку 15 °С. При этом основное внимание было уделено изучению распределения температуры потоков по длине секций конденсатора и изменению объёма образуемого конденсата в ходе процесса.
На рис. 1 показаны изменения температуры конденсации (1, оС) водяного пара по длине установки (Ь, м) при различных значениях давления в системе (Р = 50^250 кПа).
На рис. 2 представлена графическая зависимость изменения температуры конденсации углеводородных паров по длине опытной установки при давлении Р = 50^250 кПа.
-О- 50 -□- 100 -й- 150-х- 200 -ж- 250 ,кПа
Рис. 1. Изменение температуры конденсации водяного пара по длине опытной установки
Сопоставление полученных результатов показывает, что пары газоконденсата по сравнению с водяным паром имеют более высокую температуру конденсации при одних и тех же значениях их давления в системе. При давлении 50 кПа разница в значениях температуры конденсации теплоносителей составляет 7 оС, а при давлении 250 кПа она может достигать 20 оС.
60С
140 X
120 100 80 60 40 20 0
0,25
0,5
0,75
1,25
1,5
1,75 Ь, м
•50
100
150-Х-200 -Ж- 250
Рис. 2. Изменение температуры конденсации углеводородных паров по длине экспериментальной
установки
На рис. 3 приведены результаты измерения объема образуемого конденсата (V, л) водяного (кривая 1) и углеводородных (кривая 2) паров по времени (т, мин) при давлении Р = 250 кПа. Сравнение кривых данного графика показывает, что объём образованного конденсата углеводородных паров в 5-6 раз больше, чем в экспериментах с водяным паром. Повышенный объём конденсата углеводородного теплоносителя можно объяснить тем, что теплота конденсации углеводородных паров значительно меньше теплоты конденсации водяного пара. Это привело к увеличению производительности стендовой установки более чем в 5 раз.
V/,
у 1
-ч —с -----
Рис. 3. Изменение объема конденсата водяного (1) и углеводородных (2) паров по времени
Таким образом, соотношение теплоты конденсации водяного и углеводородных паров показывает, насколько можно интенсифицировать процесс теплообмена без дополнительных расходов. Это можно иллюстрировать в следующем примере, путём сравнения теплофизических показателей обоих теплоносителей по данным экспериментов.
0
1
10
8
6
4
2
0
0
5
0
20
25
30
35
40
т
Теплофизические показатели водяного пара при условиях эксперимента (Р = 250 кПа) имеют следующие табличные значения [4]: температура конденсации tт = 126 оС, энтальпия пара /пар= 2718.2 кДж/(кг оС), энтальпия конденсата /кн = 530.5 кДж/(кг оС) и теплота конденсации пара гв.пар = 2174,7 кДж/кг.
Величины теплофизических показателей газоконденсата, рассчитанные по экспериментальным данным при 250 кПа, имеют значения: tт = 145 оС, /пар = 604.6 кДж/(кг оС) и ггкн = 255.9 кДж/кг; энтальпия газоконденсата, выходяшяя из установки при температуре 35 оС, равна 1ж = 70.55 кДж/(кгоС). Полученные расчетные значения параметров соответствует их табличным значениям [5, 6].
Соотношение теплоты конденсации водяного и углеводородных паров в данном случае равно гепар/ггт = 2174,7 /255.9 = 8.5. Это означает, что процесс теплообмена при конденсации можно интенсифицировать более 8 раз.
Таким образом, изучение процессов конденсации водяного и углеводородных паров в опытной установке показывает целесообразность проведения дальнейших исследований теплообмена при конденсации углеводородных паров в кожухотрубчатых аппаратах, интенсификации теплопередачи и разработки рекомендаций по повышению эффективности промышленных конденсаторов.
Список литературы /References
1. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И. и др. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 2000. С. 565-578.
2. Фарамазов С.А. Оборудование нефтеперерабатывающих заводов и его эксплуатация. М.: Химия, 1978. С. 166-201.
3. Шарипов К.К., Худайбердиев А.А., Мирзарахимов М.С., Шамшетов И. Изучение процесса конденсации углеводородных паров в кожухотруб-чатых конденсаторах. Материалы республиканской НТК: Актуальные проблемы переработки нефти и газа Узбекистана. Ташкент. ИОНХ РУз, 8-9 ноября 2012. С. 218-222.
4. Технологические расчёты установок переработки нефти: Учеб. пособие для вузов / Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. и др. М.: Химия, 1987. С. 109-119.
5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Под ред. П.Г. Романкова. 10-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1987. С. 548-550.
6. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. Учебное пособие для студентов нефтяных специальностей вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1980. С. 229-239.
