Методические указания и контрольные задания для студентов -заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности 240404

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 2 3 4 5

САЛАВАТСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

Процессы и аппараты

Методические указания и контрольные задания для студентов –заочников

образовательных учреждений среднего профессионального образования

по специальности 240404

«Переработка нефти и газа»

Салават 2007

Методические указания составлены в соответствии с примерной программой по дисциплине «Процессы и аппараты» по специальности №240404

« Переработка нефти и газа»

Заместитель директора

по учебной работе

____________.Бикташева Г.А.

Составитель:

преподаватель

Салаватского индустриального колледжа Т.П. Клыкова

Ответственный за выпуск

Методист заочного отделения Салаватского

индустриального колледжа А.Б.Денисов

Рецензент

преподаватель

Салаватского индустриального колледжа Н.Н.Агибалова.

Рассмотрено на заседании ПЦК химико-технологических дисциплин

Протокол №___ от______________

Председатель предметной комиссии

___________________Савина С.Б.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

Примерная программа учебной дисциплины 6

Задания для контрольных работ 37

Примерный перечень лабораторных работ

и практических занятий 51

Курсовое проектирование 53

Перечень рекомендуемой литературы 54

1 Введение

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями ГОСТ СПО, утверждённым 06.02.2002 г., регистрационный номер № 12-2505-Б и примерной программой базового уровня среднего профессионального образования.

Курс «Процессы и аппараты» является составной частью комплекса дисциплин, которые должен изучать техник, занимающийся переработкой нефти и газа.

Учебная дисциплина «Процессы и аппараты» является общепрофессиональной, устанавливающей базовые знания для освоения специальных дисциплин.

Дисциплина «Процессы и аппараты» предусматривает изучение студентами теоретических основ технологических процессов нефтегазопереработки, устройства и работы основных аппаратов и оборудования, методов их расчета.

В результате изучения дисциплины студент должен

иметь представление о:

основных направлениях развития технологии нефтегазопереработки и нефтехимического аппаратостроения;

международной, межгосударственной и национальной системах стандартизации и сертификации;
методах сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу;

знать и уметь использовать:

классификацию процессов и аппаратов;
физические свойства нефти и нефтепродуктов;
теоретические основы процессов нефтегазопереработки;
конструктивные особенности, принцип действия, правила технической эксплуатации оборудования и аппаратов технологических установок;
технологические расчеты аппаратов;
правила выбора аппаратов и оборудования;
информационные технологии при выполнении расчетных и экспериментальных задач в области процессов и аппаратов;
меры по охране окружающей среды при эксплуатации различного технологического оборудования.

Примерная программа рассчитана на 268 часов. Программой предусматривается проведение лабораторных, практических и контрольных работ. Эти виды учебной работы прививают студентам навыки самостоятельной работы, а также способствуют закреплению пройденного материала. Количество часов на лабораторно-практические занятия –18.

По окончании теоретического курса студенты выполняют курсовой проект (40 часов), представляющий собой расчет одного из изученных технологических процессов и аппаратов, в котором осуществляется данный процесс. Количество часов на курсовое проектирование определяет образовательное учреждение с учётом специфики обучаемого контингента.

При всех расчетах необходимо применять систему СИ, а при выполнении графических работ и оформлении текстовых материалов – соблюдать требования ЕСКД.

Изучать материалы курса рекомендуется в следующей последовательности:

Прочитать методические указания по данной теме и учесть их при изучении материала темы по рекомендованной литературе.
Составить краткий конспект по теме.
Ответить на вопросы для самоконтроля.
Выполнить контрольную работу.

2 Примерная программа учебной дисциплины

Примерный тематический план

Наименование разделов и тем	Количество аудиторных часов при очной форме обучения
	Всего	В том числе
	Всего	Лабораторные работы	Практические занятия
1	2	3	4
Введение	4
Раздел 1 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ	66	18	12
1.1 Основы гидравлики	32	8	8
1.2 Насосы и компрессоры	24	6	4
1.3 Гидравлика сыпучих материалов	10	4
Раздел 2 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ	60	6	26
2.1 Основы теплопередачи	16		4
2.2 Теплообменные аппараты	20	6	10
2.3 Трубчатые печи	24		12
Раздел 3 МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ	84	12	26
3.1 Основы теории массопередачи	12		4
3.2 Теория перегонки	22	6	12
3.3 Ректификация	36	6	10
3.4 Абсорбция и десорбция	6
3.5 Экстракция	6
3.6 Адсорбция	2
Раздел 4 ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ	14
4.1 Основы ведения химических процессов	4
4.2 Реакторные устройства	10
Курсовое проектирование	40
Всего по дисциплине	268	36	64

Содержание учебной дисциплины и методические указания

Введение

В результате изучения дисциплины

Студент должен:

знать:

- сущность и задачи дисциплины;

- основные единицы величин Международной системы единиц (СИ);

уметь:

применять основные законы физики при составлении материальных и тепловых балансов;
переводить единицы измерения СИ в единицы других систем и наоборот.

Сущность и задачи дисциплины «Процессы и аппараты» и связь с другими дисциплинами. Значение дисциплины в подготовке техников по специальности 2505 «Переработка нефти и газа». Задачи дальнейшего совершенствования химического машиностроения в соответствии с развитием нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Основные направления в развитии нефтегазоперерабатывающих и нефтехимических производств: интенсификация технологических процессов и оборудования; механизация и автоматизация; замена периодических процессов непрерывными; внедрение прогрессивных форм организации труда, автоматизированных систем управления производством. Предупреждение возможных выбросов в атмосферу.

Конституция РФ об охране окружающей среды. Классификация основных процессов и аппаратов. Общие принципы расчета химического оборудования: материальный и тепловой баланс, кинетика и статика процесса. Международная, межгосударственная и национальная системы стандартизации и сертификации.

Методические указания

Студенты должны знать сущность и задачи дисциплины, основные единицы величин Международной системы единиц (СИ), должны уметь применять основные законы физики при составлении материальных и тепловых балансов, переводить единицы измерения СИ в единицы других систем и наоборот.

О применении основных физических законов в изучении процессов, об общих принципах составления материальных и тепловых балансов, об общих методах расчета аппаратуры и о системах размерностей просчитайте в учебнике 1.

Практика показывает, что большая часть ошибок при решении задач по курсу связана именно с размерностями, поэтому размерностям физических величин нужно постоянно уделять большое внимание.

Вопросы для самоконтроля

Значение нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности в экономике Российской Федерации.
В чем заключается сущность и задачи дисциплины.
Приведите классификацию основных процессов и аппаратов.
Каковы достижения в области нефтяного аппаратостроения в России и за рубежом?
Какие основные физические законы применяются при изучении дисциплины?
Что является основой материального баланса, как его составляют?
Что является основой теплового баланса, как его составляют?
В чем заключается расчет аппарата?
Каково значение Международной системы единиц (СИ)?
Какие основные и дополнительные единицы входят в систему СИ?

Литература :[1], с. 6-18; [2], с. 3-8, с. 22-33; [3], с. 13-22.

Раздел 1

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Тема 1.1 Основы гидравлики

Студент должен:

знать:

основные свойства жидкостей зависимость этих свойств от температуры и давления;
свойства нефтепродуктов, зависимость этих свойств от температуры и давления;
определение гидростатического давления, абсолютного, избыточного и вакуумметрического давления;

уметь:

определять свойства жидкостей в зависимости от температуры и давления;
находить свойства нефтепродуктов по справочникам и рассчитывать по формулам;

Жидкости капельные и упругие, их основные свойства: плотность, вязкость, поверхностное натяжение. Зависимость этих свойств от температуры и давления. Свойства нефтепродуктов: средняя температура кипения, средняя молекулярная масса, плотность, вязкость, теплопроводность, теплоемкость, энтальпия; нахождение этих свойств по справочной литературе и расчет по формулам. Гидростатическое давление. Давление абсолютное и избыточное. Понятие о вакууме. Давление жидкости на дно сосуда, Гидравлические элементы потока жидкости: живое сечение, смоченный периметр, гидравлический радиус, эквивалентный диаметр. Расход жидкости и средняя скорость. Уравнение расхода. Материальный баланс потока (уравнение неразрывности потока). Удельная энергия жидкости. Уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкости (без вывода) и его физическая сущность. Измерение скоростей и расходов жидкости: пьезометрические трубки, диафрагма. Два режима движения жидкости. Критерий Рейнольдса и критическая скорость. Понятие о теории подобия. Критерии подобия гидравлических процессов. Потери напора и давления на трение по длине потока и в местных сопротивлениях. Истечение жидкостей из отверстий и через водосливы. Понятие о пленочном движении жидкости. Движение жидкости по трубопроводам. Расчет простого трубопровода. Гидравлический удар в трубопроводах. Способы герметизации. Арматура: запорная, предохранительная, регулирующая.

Практические занятия №1.

Лабораторные работы №1.

Методические указания

При изучении материала данной темы следует обратить внимание на размерность величин основных свойств жидкостей (капельных и упругих).

Для нефтепродуктов часто встречается понятие относительной плотности.

Относительной плотностью ρ называется отношение плотности вещества при 20˚ С к плотности дистиллированной воды при температуре 4˚ С.

Известно, что плотность жидкости с повышением температуры уменьшается.

Плотность газов зависит от температуры и давления: с увеличением температуры плотность газов понижается, а с увеличением давления – плотность увеличивается. Плотность газов при любых температурах и давлении определяется по уравнению:

То · Р М 273 · Р кг

Ρt = ------------ = ----------- · -----------------, --------

Т · Ро 22,4 Т · 0,1 · 10

м³

где М – молекулярная масса газа, кг/моль;

Т – абсолютная температура системы, К;

Р – давление системы, МПа.

С изменением температуры изменяется и вязкость жидких веществ с увеличением температуры уменьшается , газообразных – увеличивается.

При изучении гидростатики необходимо понять, что гидростатическое давление – это давление внутри жидкости, размерность его в системе СИ – н/м

=Па

Свойства гидростатического давления являются очень важными для изучения дальнейшего материала. Обратите внимание на то, что:

гидростатическое давление внутри жидкости распространяется во все стороны с одинаковой силой;
гидростатическое давление всегда действует по нормали к поверхности, воспринимающей это давление.

Важным понятием, часто встречающимся в практике, является расход. Расходом называется количество жидкости, проходящее через поперечное сечение потока в единицу времени.

Расход бывает объемный

Q = w · S,

где Q – объемный расход, м

/с;

w – средняя линейная скорость, м/с;

S – площадь поперечного сечения, м

,

и массовый

G = W · S,

Где G – массовый расход жидкости, кг/с;

W – массовая скорость движения жидкости, кг/м

· с.

Между массовой и линейной скоростью существует зависимость:

W = w · ρ,

Где ρ – плотность жидкости, кг/м

.

Очень важным является изучение уравнения неразрывности потока и уравнения Бернулли. Этот материал является основным при изучении теоретических основ гидромашин.

Уравнение неразрывности потока позволяет определить расход жидкости и выразить скорость движения жидкости в одном сечении через скорость движения жидкости в другом сечении:

Q = W

· S = W

· S= const;

G = S

· W

· ρ

= S

· W

· ρ

= const.

Это уравнение неразрывности потока при установившемся движении жидкости.

Уравнение Бернулли (энергетический баланс потока) справедливо только для установившегося движения жидкости.

Согласно уравнению Бернулли, при движении идеальной жидкости, сумма геометрического, пьезометрического и скоростного напоров во всех сечениях потока является постоянной величиной, т.е.

где z – геометрический напор, м;

- пьезометрический напор, м;

- скоростной напор, м.

Для реальной жидкости уравнение Бернулли имеет вид:

где h

- потерянный напор, м.

Таким образом, при установившемся движении реальной жидкости сумма геометрического, пьезометрического, скоростного и потерянного напоров в любом сечении потока является величиной постоянной.

Студентам необходимо знать режимы движения жидкости, критерий Re, которые характеризует режим движения жидкости.

Вопрос определения потерь напора на трение по длине потока и в местных сопротивлениях практически очень важен, поэтому должен быть изучен с большим вниманием. Необходимо обратить внимание, что при определении потерь напора имеют дело с коэффициентом трения .

При ламинарном движении значение  зависит только от величины критерия Re и определяется по уравнению Стокса:

 =

.

При турбулентном режиме движения жидкости  зависит от критерия Re и шероховатости стенок трубопровода. Существует очень много формул, с помощью которых можно определить . Обратите внимание на то, что каждая формула имеет свои границы применения.

Коэффициенты местного сопротивления

обычно определяются опытным путем. При расчетах значения коэффициентов местных сопротивлений можно брать из таблиц учебников 1.

Для расчета трубопроводов используются ранее изученные закономерности гидродинамики. Правильность расчета проверяется по величине потери давления в трубопроводе, потери должны быть умеренными примерно 5-15% от давления нагнетания.

Вопросы для самоконтроля

В чем состоит различие между капельными и упругими жидкостями?
Дайте определение основных свойств жидкостей.
Как изменяется плотность с изменением температуры?
Как изменяется вязкость с изменением температуры?
Какова зависимость между плотностью и удельным весом?
Что называется относительной плотностью?
Как определить плотность вещества, если известна его относительная плотность?
Что такое гидростатическое давление? Его свойства, размерность.
Что такое абсолютное давление, избыточное, вакуум?
Как производится измерение избыточного давления и вакуума?
Что называется расходом жидкости? Какова зависимость между объемным и массовым расходом?
Что понимается под средней скоростью потока?
Выведите уравнение неразрывности потока жидкости. Какова его физическая сущность?
Напишите уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкости. Какова их физическая сущность?
Какие существуют режимы движения жидкости?
Как определить режим давления жидкости?
Как определяются потери напора на трение по длине потока и в местных сопротивлениях?
Как определяются коэффициенты трения и коэффициенты местных сопротивлений?
Выведите формулу скорости и расхода идеальной жидкости при истечении через отверстие в днище сосуда.
Как определяется расход и скорость при истечении реальной жидкости?
Как классифицируются трубопроводы?
Какой трубопровод называется простым?
Напишите основные формулы, которые применяются при расчете простого трубопровода.
В чем сущность гидравлического удара в трубопроводах?
Каковы меры борьбы с гидравлическим ударом?

Литература :[1], с. 19-67; [2], с. 9-22;[3], с. 121-171;с. 184-187.

Тема 1.2 Насосы и компрессоры

Студент должен:

знать:

классификацию гидравлических машин;
назначение насосов и их типы;
основные параметры работы насосов;
схемы насосных установок;
принцип действия центробежного насоса;
определение кавитации, влияние на кавитацию рабочих условий;
законы пропорциональности;
характеристику центробежного насоса;
устройство центробежного насоса;
пуск и остановку центробежного насоса;
особенности совместной работы центробежного насоса;
классификацию и принцип действия поршневых насосов;
независимость напора от подачи для поршневых насосов;
основные параметры работы поршневых насосов;
тип специальных насосов, применяемых в нефгегазопереработке;
устройство осевого, ротационного, вихревого, струйного насосов;
назначение и типы компрессоров;
процессы сжатия газов;
классификацию и принцип работы поршневого компрессора;
назначение многоступенчатого сжатия;
классификацию центробежных компрессоров;
устройство и правила эксплуатации вентиляторов;
основные требования техники безопасности при эксплуатации насосов и компрессоров;

уметь:

выбирать тип насоса для заданных условий;
определять производительность, напор, мощность насоса;
выбирать схему насосной установки;
определять допустимую высоту всасывания насоса;
определять условия работы насосной установки без кавитации;
находить производительность, напор и мощность при изменении числа оборотов;
построить зависимости центробежного насоса : Н=f(Q); η=f(Q); N=f(Q);
построить характеристику поршневого насоса;
изучить устройство насоса , используя техническую литературу;
выбирать насос по каталогу в зависимости от условий работы и рабочих параметров;
рассчитывать и определять параметры работы компрессоров;
по индикаторной диаграмме анализировать работу компрессора;
выбирать компрессор в зависимости от условий работы.

Назначение и типы насосов. Применение насосов. Основные параметры работы насосов. Схемы насосных установок. Принцип действия центробежного насоса. Кавитация. Зависимость производительности, напора и мощности от числа оборотов (законы пропорциональности). Характеристика центробежного насоса. Устройство центробежных насосов, их эксплуатация. Пуск и остановка насоса, регулирование. Совместная работа центробежных насосов. Выбор насоса по каталогу.

Классификация, принцип действия поршневых насосов. Характеристика поршневого насоса и его нормальная эксплуатация. Выбор насоса по каталогу. Насосы специальных типов: осевой (пропеллерный), ротационный, вихревой, струйный.

Назначение и типы компрессоров. Параметры работы компрессоров. Процессы сжатия газов. Поршневые компрессоры, их устройство, работа. Многоступенчатые поршневые компрессоры. Индикаторная диаграмма. Центробежные компрессоры, их классификация. Вентиляторы. Характеристика вентиляторов. Основные требования техники безопасности при эксплуатации насосов и компрессоров. Роль сальниковых устройств и торцевых уплотнений в сокращении вредных выбросов.

Практическое занятие № 2.

Лабораторная работа № 2.

Методические указания

На предприятиях нефтепереработки и нефтехимии применяется большое количество различных насосов и компрессоров. Изучив данную тему, студенты должны уметь произвести правильный выбор насосов и компрессоров для конкретных условий работы.

Центробежные насосы получили широкое распространение благодаря существенным преимуществам по сравнению с другими типами насосов. Преимущества эти студенты должны знать.

Нужно разобраться в принципе действия центробежного насоса, хорошо представлять, за счет чего и каким образом происходит прирост энергии в центробежном насосе.

Нужно запомнить, что при пуске насоса всасывающий трубопровод и корпус должны быть заполнены перекачиваемой жидкостью.

Следует изучить материал о высоте всасывания, которая оказывает большое влияние на нормальную работу насоса.

Разберитесь в сущности явления кавитации, которая приводит к разрушению деталей (колец) насоса и всего насоса. Нужно запомнить меры по предотвращению кавитации.

Изучите правила пуска, остановки и регулирования производительности центробежных насосов.

Поршневые насосы, хотя и имеют ряд недостатков перед центробежными насосами, бывают незаменимыми при перекачке вязких, быстро застывающих жидкостей и сжиженных газов, а также при перекачке небольших количеств жидкости при высоких давлениях. Вначале необходимо разобраться в принципе действия поршневого насоса, затем изучить различные виды поршневых насосов.

Обратите внимание на неравномерность подачи поршневых насосов, изучите способы выравнивания подачи.

Студенту необходимо разобраться в теории поршневых насосов, в вопросах, связанных с эксплуатацией поршневых насосов.

Технику следует хорошо разбираться в вопросах пуска насосов в работу, регулирования работы насосов и уметь устранять неполадки в работе насосов. Эти знания и навыки являются необходимыми и приобретаются только на производстве.

Специальные насосы применяются ограниченно. К специальным насосам относятся: осевые, вихревые, ротационные, струйные и др. Применяются они для подачи топлива к форсункам печей, масла в гидравлические системы, уплотняющей жидкости в сальники больших насосов и для других целей.

Разберите принципы действия специальных насосов.

Ознакомьтесь с назначением и областью применения компрессоров, с их классификацией и основными параметрами работы. Обратите внимание, что работа, затрачиваемая на изотермическое сжатие, меньше, чем работа, затрачиваемая на адиабатическое сжатие газа.

Поршневые компрессоры по устройству и принципу действия мало отличаются от поршневых насосов.

Студенты должны понять назначение, необходимость и устройство системы многоступенчатого сжатия, ознакомиться со способами регулирования поршневых компрессоров.

Нужно ознакомиться с принципом действия и основами теории турбокомпрессоров. Следует изучить центробежные вентиляторы, их характеристику. Сравните ее с характеристикой центробежных насосов.

Вопросы для самоконтроля

Каково назначение насосов?
Какие существуют схемы установки насосов?
Объясните при6нцип действия центробежного насоса.
Как классифицируют центробежные насосы?
Как определяется высота всасывания в центробежных насосах?
В чем сущность явления кавитации?
Как определяется мощность центробежного насоса?
Что называется характеристикой центробежного насоса?
Как пустить центробежный насос?
Как регулируется подача центробежного насоса?
Объясните принцип работы поршневого насоса простого действия.
Как классифицируют поршневые насосы?
Напишите формулу определения производительности поршневого насоса.
Как определить КПД всего насосного агрегата?
Как пустить поршневой насос?
Чем регулируется подача поршневого насоса?
Назовите область применения специальных насосов.
Как классифицируют компрессорные машины?
Назовите основные параметры работы компрессоров.
Какие виды сжатия газов существуют?
Как определяется работа на сжатие?
Объясните работу одноступенчатого поршневого компрессора.
Изобразите индикаторную диаграмму одноступенчатого компрессора.
Как влияет наличие вредного пространства на работу компрессора?
Почему применяется многоступенчатое сжатие?
Как регулируется работа центробежного компрессора?
Как классифицируют вентиляторы?
Какие правила техники безопасности надо соблюдать при эксплуатации компрессора?
По каким данным подбирается насос?

Литература :[1], с. 68-116; [3], с. 187-238

Тема 1.3 Гидравлика сыпучих материалов

Студент должен:

знать:

характеристику слоя сыпучего материала;
гранулометрический состав, пористость слоя, подвижность частиц, эквивалентный диаметр частиц;
понятие о псевдоожиженных системах;
критическую скорость;
конструкцию катализаторопроводов и бункеров, газораспределительных решеток, область применения и назначение пневмотранспорта;
скорость витания твердых частиц;
конструкцию дозаторов и захватывающих устройств;

уметь:

определять характеристику слоя сыпучих материалов;
рассчитывать критическую скорость;
определять потерю напора в слое сыпучего материала и рассчитывать бункеры и газораспределительные решетки, используя техническую литературу.

Движение жидкости и газа в слое сыпучего материала. Характеристика слоя сыпучего материала: гранулометрический состав, пористость слоя, подвижность частиц, эквивалентный диаметр частиц.

Псевдоожиженные системы. Потеря напора в слое сыпучего материала. Критические скорости.

Катализаторопроводы и бункеры, принцип их расчета. Конструкция и расчет газораспределительных решеток.

Пневматический транспорт. Скорость витания твердых частиц. Конструкция дозаторов и захватывающих устройств. Принцип расчета пневмотранспорта.

Лабораторная работа №3.

Методические указания

При изучении данной темы обратите внимание на то, что за последние годы увеличивается применение зернистых материалов в процессах нефтепереработки и нефтехимии, поэтому знание закономерностей их поведения в различных аппаратах необходимо.

Обратите внимание на структуру сыпучего материала и на расчет катализаторопроводов и бункеров.

Особое внимание следует обратить на псевдоожиженные системы, которые находят все более широкое применение в различных областях химической технологии.

Пневматический транспорт сыпучих материалов, который тоже нашел широкое применение, основан на перемещении по трубопроводу материала во взвешенном состоянии в потоке воздуха, водяного пара или любого другого газа.

При изучении пневмотранспорта обратите внимание на такие понятия, как скорость витания, скорость скольжения.

Вопросы для самоконтроля

Какова область применения различных зернистых материалов?
Как определяется гранулометрический состав сыпучего материала?
Что называется пористостью сыпучего материала?
Как определяется эквивалентный диаметр частиц?
Каково назначение определения потери напора в слое сыпучего материала?
В чем заключается расчет катализаторопроводов?
Какова область применения псевдоожиженных систем?
Что собой представляют псевдоожиженные системы?
От чего зависит состояние слоя и какие состояния слоя Вы знаете?
Что такое критическая скорость псевдоожижения?
Что называется числом псевдоожижения?
Какие основные свойства псевдоожиженного слоя Вы знаете?
В чем заключается гидравлический расчет аппаратов с псевдоожиженным слоем?
Что представляют собой газораспределительные решетки?
Для чего предназначены газораспределительные решетки?
Где применяется пневмотранспорт?
На чем основан этот вид транспорта?
Что называется скоростью витания твердых частиц?
Каково влияние концентрации твердых частиц в пневмостволе на пневмотранспорт?
Когда применяется транспорт сплошным слоем и в чем он заключается?
Нарисуйте принципиальную схему пневмотранспорта.

Литература :[1], с. 322-338; [2], с. 58-87 ; [3], с. 175-183.

Контрольная работа №1

Раздел 2

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Тема 2.1 Основы теплопередачи

Студент должен:

знать:

тепловые свойства нефти и нефтепродуктов;
уравнения для расчета теплоемкости и теплопроводности;
способы проведения тепловых процессов;
виды передачи тепла;
передачу тепла теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием;
основное уравнение теплопередачи;
уравнение для перечисленных выше частных случаев передачи тепла;
критерии теплового подобия;
схемы движения теплоносителей;

уметь:

определять по справочной литературе и рассчитывать по формулам тепловые свойства индивидуальных веществ и сложных смесей;
составлять тепловой баланс;
определять тепловую нагрузку для различных случаев теплообмена;
выбирать рациональную схему движения теплоносителей;
определять средний температурный напор для различных случаев теплообмена;
рассчитывать критерии подобия;
выбирать критериальное уравнение для расчета коэффициентов теплоотдачи;
определять средний температурный напор для различных случаев теплообмена;
определять коэффициент теплопередачи и термические сопротивления загрязнения по таблицам;
рассчитывать коэффициент теплопередачи на основе частных коэффициентов теплоотдачи, теплопроводности материала стенки, термических сопротивлений;
рассчитывать тепловую нагрузку аппарата;
определять неизвестный параметр на основании уравнения теплового баланса теплообменного аппарата.

Способы проведения тепловых процессов. Виды передачи тепла. Тепловой баланс. Определение тепловой нагрузки для различных случаев теплообмена.

Основное управление теплопередачи. Коэффициент теплопередачи. Уравнение теплопроводности, коэффициент теплопроводности. Передача тепла через стенку. Определение температуры стенки.

Конвекция. Влияние различных факторов на величину коэффициента теплоотдачи.

Виды теплоносителей, их сравнение. Средний температурный напор.

Критерии теплового подобия. Критериальные уравнения для различных случаев теплоотдачи.

Лучеиспускание. Законы Стефана-Больцмана и Кирхгофа. Совместная передача тепла конвекцией и лучеиспусканием. Потери тепла в окружающую среду, их расчет. Теплоизоляция.

Практические занятия № 3.

Методические указания

Прежде чем приступить к изучению тепловых процессов, нужно повторить основные понятия: теплоемкость, энтальпия жидкости, энтальпия паров, теплота парообразования, теплота конденсации.

Тепловые расчеты аппаратов основаны на законах теплопередачи теплопроводностью, конвекцией и радиацией. Поэтому необходимо усвоить уравнения, по которым определяются: количество тепла, передаваемого теплопроводностью (Закон Фурье), конвекцией и радиацией (Закон Стефана-Больцмана). Надо уяснить физический смысл коэффициент теплопроводности, который определяется по эмпирическим формулам в зависимости от плотности и температуры.

При изучении теплопередачи конвекцией особое внимание надо обратить на теорию подобия. Разберитесь, как зависит коэффициент теплоотдачи L от критериев подобия: Nu, Re, Pr, Gr. Коэффициент L для каждого случая определяется по эмпирической формуле, куда входят вышеуказанные критерии подобия. Вначале определяют режим движения жидкости, т.е. определяют критерий Рейнольдса, а затем в зависимости от режима движения и условий теплопередачи подбирают соответствующее уравнение для определения L.

Особое внимание обратите на коэффициент теплопередачи k. Он зависит от частных коэффициентов теплоотдачи и резко снижается от загрязнения поверхности теплопередачи. Повышение коэффициента теплопередачи k приводит к уменьшению поверхности теплопередачи.

Вопросы для самоконтроля

Какие виды передачи тепла Вы знаете? Дайте их определение.
Что называется коэффициентом теплопередачи? Какова его размерность?
Что называется коэффициентом теплопроводности? Какова его размерность?
От чего зависит коэффициент теплопроводности?
Напишите уравнение передачи тепла конвекцией. Проанализируйте его.
Какие факторы влияют на величину коэффициента теплоотдачи?
Какие виды движения теплоносителей вы знаете?
Как определяется средний температурный напор?
Сформулируйте законы Стефана-Больцмана и Кирхгофа. Напишите их математическое выражение.
Как рассчитывают потери тепла в окружающую среду?
Какими материалами изолируют аппараты и трубопроводы?

Литература :[1], с. 116-143; [3], с. 363-410

Тема 2.2 Теплообменные аппараты

Студент должен:

знать:

виды нагревающих и охлаждающих агентов;
устройство теплообменных аппаратов: кожухотрубчатых, «труба в трубе », погружного типа, с паровым пространством, воздушного охлаждения, оросительных, пластинчатых, с рубашкой;
последовательность расчета теплообменного аппарата;
сущность процесса кристаллизации, устройство кристаллизаторов;

уметь:

выбирать тип аппарата по ГОСТу и др. нормативным документам;
выбирать теплоносители для движения по трубному пространству или межтрубному пространству теплообменников;
производить сравнительную оценку различных теплообменных аппаратов;
рассчитывать теплообменные аппараты;
составлять материальный и тепловой балансы кристаллизации;
выбирать кристаллизатор по результатам расчета.

Нагревание и охлаждение. Виды нагревающих и охлаждающих агентов. Регенерация тепла отходящих материальных потоков. Использование тепла низкопотенциальных потоков. Сравнительная оценка различных теплоносителей.

Классификация теплообменных аппаратов. Устройство теплообменных аппаратов: «труба в трубе», кожухотрубчатых, погружных, с паровым пространством, оросительных, пластинчатых, с рубашкой, воздушного охлаждения, их сравнительная характеристика. Роль аппаратов воздушного охлаждения и доохладителей в современных схемах конденсации и охлаждения нефтепродуктов.

Сущность и проведение процесса кристаллизации. Материальный и тепловой балансы кристаллизации. Определение основных размеров кристаллизаторов. Устройство кристаллизаторов, применяемых в процессах нефтегазопереработки.

Технологический расчет теплообменного аппарата.

Охрана окружающей среды.

Практические занятия № 4.

Лабораторная работа № 4.

Методические указания

Вначале надо изучить, какие продукты используются в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах, какой процесс является регенерацией тепла.

Внимательно изучите конструкцию различных типов теплообменных аппаратов, разберитесь в достоинствах и недостатках каждой конструкции. Обратите внимание на конденсаторы и холодильники воздушного охлаждения. Надо уметь рисовать эскизы теплообменных аппаратов по памяти. В этой теме следует усвоить расчет теплообменных аппаратов. Для кожухотрубчатых теплообменников расчет осуществляется в следующей последовательности:

1.Определить тепловую нагрузку теплоносителя;

2. Найти неизвестную температуру теплоносителя;

3. Определить средний температурный напор;

Выбрать по справочнику (или рассчитать) коэффициент теплопередачи К;
Найти необходимую поверхность теплообмена.
Выбрать тип теплообменника по ГОСТу и определить число теплообменников.

При расчете конденсаторов-холодильников обратите особое внимание, что при конденсации нефтяных фракций (а не индивидуальных веществ) температуры начала конденсации и конца конденсации не равны.

Вопросы для самоконтроля

Какие нагревающие и охлаждающие агенты используются в процессах нефтегазопереработки и нефтехимии?
Каково значение регенерации тепла на нефтегазоперерабатывающих заводах?
Виды кожухотрубных теплообменников.
Каковы достоинства и недостатки теплообменников с плавающей головкой?
Каковы достоинства и недостатки кожухотрубных теплообменников жесткой конструкции?
Как устроены теплообменники «труба в трубе»? В чем их достоинства и недостатки?
Какие типы кипятильников вы знаете?
Как крепятся трубы в трубных решетках?
В чем достоинства и недостатки конденсаторов и холодильников погружного типа?
В чем достоинства и недостатки аппаратов воздушного охлаждения?
Какова сущность процесса кристаллизации?
Какие способы кристаллизации Вы знаете?
Как можно регулировать скорость роста кристаллов?
В каких процессах нефтепереработки применяется кристаллизация?
Какова последовательность расчета теплообменного аппарата?
В каких пределах рекомендуется принимать температуру воды на выходе из холодильника? Какое это имеет значение?
В чем особенность расчета конденсатора-холодильника?
Выведите уравнение теплового баланса теплообменников для случая нагрева одной жидкости и охлаждения другой; для случая охлаждения и конденсации паров.

Литература :[1], с. 143-156, с 17-190; [2], с. 145-167; [3], с. 411-466,

с. 512-522.

Тема 2.3 Трубчатые печи

Студент должен:

знать:

назначение трубчатых печей и их устройство;
основные показатели работы трубчатых печей;
классификационный состав топлив, теплотворную способность;
реакции горения, максимальную температуру горения;
сущность теплового расчета камеры радиации;
сущность гидравлического расчета змеевика печи;
порядок расчета трубчатой печи;
основные требования техники безопасности и правила пожарной безопасности при эксплуатации и пуске печей;

уметь:

разбираться в конструкции печей, отдельных устройств, используя техническую литературу;
определять расход кислорода, воздуха на сжигание топлива, массу и объем продуктов сгорания;
задаваться коэффициентом избытка воздуха для топлива различного состава, печей различных конструкций;
определять коэффициент прямой отдачи, величину эффективной лучевоспринимающей поверхности, поверхность нагрева радиантных труб;
определять коэффициент теплоотдачи конвекцией и радиацией, поверхность нагрева конвекционных труб, выбирать скорость продукта на входе в печь;
определять потери напора и давления при движении продукта в змеевике печи;
пользоваться требованиями технического регламента и инструкциями по эксплуатации печей.

Назначение трубчатых печей, их классификация. Наиболее распространенные типы печей, их особенности и детали конструкций (печные трубы, гарнитура, обмуровка, каркас, устройства для сжигания топлива).

Основные показатели работы трубчатых печей: производительность печи, тепловая мощность, теплонапряженность поверхности нагрева радиантных труб, конвекционных труб, средняя теплонапряженность труб печи, теплонапряженность топочного пространства, КПД трубчатой печи, температура дымовых газов на перевале и на выходе из печи, коэффициент прямой отдачи.

Классификация и состав топлив, теплотворная способность. Реакции горения топлив. Расход кислорода и воздуха на сжигание топлива. Объем продуктов сгорания.

Максимальная температура горения.

Тепловой расчет камеры радиации. Определение коэффициента прямой отдачи. Определение величины эффективной лучевоспринимающей поверхности.

Тепловой расчет камеры конвекции. Определение коэффициента теплоотдачи конвекцией и радиацией.

Гидравлический расчет змеевика печи. Выбор скорости продукта на входе в печь. Расчет сопротивления газового тракта. Расчет дымовой трубы.

Порядок расчета трубчатой печи.

Основные требования техники безопасности при эксплуатации и пуске трубчатых печей.

Мероприятия по сокращению загрязнения атмосферы и прилегающей территории продуктами сгорания.

Практические занятия №5.

Методические указания

Вначале нужно хорошо усвоить устройство печей. Определить, где находятся камера радиации, камера конвекции, как располагаются змеевики печи, как соединены между собой трубы, как устроен каркас печи. Разобрать устройство приборов для сжигания топлива и др. особое внимание следует обратить на устройство двухскатных печей, с двухсторонним облучением экрана, с беспламенным горением.

Важным является вопрос об основных показателях работы печей. Нужно понять и запомнить все определения основных показателей и знать численные значения этих величин. Понять связь между температурой дымовых газов над перевалом, тепловой напряженностью поверхности радиантных труб и коэффициентом прямой отдачи.

При изучении процесса горения надо научиться выводить уравнения для расчета количества воздуха, необходимого для горения топлива и уравнения для определения состава продуктов сгорания (в молях), знать уравнение перевода мольной теплоемкости дымовых газов в массовую. Обратить внимание на определение максимальной температуры горения и уметь ее рассчитывать.

При изучении расчета камеры радиации надо усвоить допущения, принимаемые при расчете, хорошо разобраться в таких понятиях, как эквивалентная абсолютно черная поверхность, эффективная лучевоспринимающая поверхность, плоская поверхность, заменяющая трубы. Обратите внимание на то, как эти величины определяются и как между собой связаны. При изучении расчета камеры конвекции обратите внимание на расчет коэффициента теплопередачи.

Вопросы для самоконтроля

Как классифицируют трубчатые печи?
Начертите принципиальную схему двухскатной печи с наклонным сводом и назовите ее составные части.
Что называется коэффициентом прямой отдачи. Напишите формулу для определения коэффициента прямой отдачи.
Какое значение имеет температура дымовых газов над перевалом?
Что называется тепловой напряженностью поверхности нагрева радиантных и конвекционных труб? В каких пределах они допускаются?
Что называется коэффициентом избытка воздуха? От чего он зависит? Значения его.
Написать уравнение для расчета действительного расхода воздуха, необходимого для сжигания 1 кг топлива.
Написать уравнение теплового баланса печи.
По какому уравнению определяется расход топлива в печи?
Что называется максимальной температурой горения?
Какая поверхность называется абсолютно черной?
Найти эффективную лучевоспринимающую поверхность, если: Hs -= 150 м; J = 0,5; L = 1,4.
Что называется фактором формы? Его физический смысл.
Как определить поверхность радиантного змеевика?
От каких факторов зависит коэффициент теплопередачи в камере конвекции? Как его рассчитывают?
Что относится к гарнитуре и арматуре печей?
Как устроена панельная горелка печи беспламенного горения?
Способы соединения труб в печи. Как устроены ретубенты?
Какие способы чистки труб печи Вы знаете?
Начертите принципиальные схемы печей различных конструкций: с экраном двухстороннего облучения, с настенным боковым экраном, с вертикальными трубами, с излучающими стенками – беспламенного горения и т.д. Отметьте их положительные и отрицательные стороны.
Какие способы создания тяги Вы знаете? Как рассчитывать тягу, создаваемую дымовой трубой?

Литература :[1], с. 156-182; [2], с. 88-144.

Контрольная работа 2.

Раздел 3

МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Blog

Методические указания и контрольные задания для студентов -заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности 240404

Содержание

Методические указания составлены в соответствии с примерной программой по дисциплине «Процессы и аппараты» по специальности №240404

« Переработка нефти и газа»

СОДЕРЖАНИЕ

1 Введение

Тема 1.2 Насосы и компрессоры

Вопросы для самоконтроля

Методические указания

Вопросы для самоконтроля

Раздел 2

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Методические указания

Вопросы для самоконтроля