Kriterijumi za dimenzionisanje separacionog prostora kod isparivaa sa potopljenim cevnim snopomBranislav Jaimovi1, Srbislav Geni1, Nikola Budimir2, Marko Jari2, Igor Marti1, Nikola Jaimovi1, Petar Kolendi1, Vojislav Geni31 Mainski fakultet Beograd, Kraljice Marije 16, 11000 Beograd2 Inovacioni centar Mainskog fakulteta u Beogradu, Kraljice Marije 16, 11000 Beograd3SAP West Balkans, Omladinskih brigada 88b, 11070 BeogradAbstraktPostoji vie kriterijuma za dimenzionisanje separacionog prostora kod isparivaa sa potopljenim cevnim snopom. Ovi kriterijumi su navedeni i komentarisani u radu. Dat je i numeriki primer koji ilustruje upotrebu ovih kriterijuma.Kljune reiispariva, separacioni prostor, uznoenje tenosti

1UvodJedan od esto korienih tipova aparata u procesnoj industriji je ispariva sa potopljenim cevnim snopom. Ova vrsta isparivaa se esto koristi i u drugim industrijama (rashladni sistemi, proizvodnja destilisane voda, itd.). Ispariva sa potopljenim cevnim snopom se izrauje sa U-cevima ili sa plivajuom cevnom ploom. Omota je znaajno veeg prenika od cevnog snopa radi formiranja separacionog prostora, za odvajanje pare od kapljica tene faze. Nivo tenosti u omotau se obino kontrolie pomou kontrolera ili pomou prelivne brane. Topliji fluid kod ovih aparata struji kroz cevi.Uopteno govorei veliina prenik isparivaa zavisi od protoka pare i tenosti, njihovih svojstava i geometrije razmenjivaa. Mora se napomenuti da ako je neophodno obezbediti potpuno suvu paru na izlazu iz isparivaa, kao u sluaju napajanja kompresora, potrebno je predvideti dodatnu zatitu kao npr. eliminatore kapi ili neki drugi ureaj.

Postoji vie kriterijum za dimezionisanje separacionog prostora koji se mogu nai u otvorenoj literaturi. Ovi kriterijumi su navedeni u daljem testu.2Kriterijum za dimezionisanje separacionog prostoraStrujanje dvofazne i po pravilu viekomponentne meavine para/tenost u separacionom prostoru je veoma kompleksno. Iako se u literaturi moe nai vie pokuaja da se ovo strujanje opie matematikim modelom, u dananje vreme preovladavaju empirijski kriterijumi. Ovi kriterijumi se mogu svrstati u nekoliko grupa. 2.1Kriterijumi na osnovu jednostavnih geometrijskih odnosaPalen [2] definie da rastojanje od gornjih cevi u snopu do omoraa ne bi trebalo da bude manje od 40% od prenika omotaa .Prema [1] i [9] rastojanje od nivoa tenosti do omotaa treba da bude najmanje . Iz praktinih razloga (bolja separacija pri uznoenju) nivo tenosti se kod isparivaa bira tako da jedan ili dva gornja reda cevi nisu potopljena [2]. U ovim sluajevima visina parnog prostora treba da bude najmanje .U [1] i [9] potreban prenik omotaa se definie kao funkcija toplotnog fluksa. Sumirajui podatke iz obe reference sledea dobija se sledea jednaina

(1)gde je toplotni fluks u .2.2Kriterijumi na osnovu zapremine parnog prostoraU [11] za aparate na atmosferskom pritisku data je sledea jednaina

(2)U [10] je prethodna jednaina preporuena i za isparivae sa eliminatorom kapi (slika 1). Za aparate koji ne rade na atmosferskom pritisku uveden je korekcioni faktor

(3)za opseg radnih pritisaka 0.55 bar.

Slika 1 Popreni presek isparivaa sa potopljenim cevnim snopomPrema [2] minimalna zapremina parnog protora je

(4)

2.3Kriterijumi na osnovu jednaine Saudersa i BraunaVei broj referenci iz ove oblasti je baziran na jednaini Saudersa i Brauna

(5)

U [1] i [9] je utvreno da se koeficijent uznoenja kree izmeu 0,03 m/s i 0,09 m/s.Ako je ispariva povezan sa destilacionom kolonom u [5] je data jednaina

(6)

Specifino uznoenje ne bi trebalo da iznosi vie od 2% i moe se proceniti na osnovu izraza

(7)

gde je

(8)

2.3Kriterijumi za procenu prenika i broja ulaznih i izlaznih prikljuakaPrema [8] odbojna ploa (ili neko drugo konstrukciono reenje) treba da tite cevni snop od udarnog dejstva tenosti na ulazu, ukoliko je proizvod premauje sledee vrednosti: 2250 Pa za nekorozivne i neabrazivne jednofazne tenosti; 750 Pa za sve ostale tenosti ukljuujui i tenosti na temperaturi kljuanja.S druge strane, prema [12] preporueni prenik ulaznog prikljuka se odreuje korienjem kriterijuma .Prema [3] maksimalna brzina pare u izlaznim prikljucima iznosi 30 m/s, dok je u [4] definisan kriterijum

(9)Distribucija protoka kod isparivaa se moe kontrolisati i pravilnim postavljanjem odgovarajueg broja prikljuaka. Prema [6] odgovarajui broj prikljuaka je

(10)3Primer Ispariva (prikazan na slici 2) se koristi za kondenzaciju procesnog fluida u cevima (meavina CO2 - O2). Hladniji fluid je amonijak na pritisku 0.9 barA (-35.91C). Prenik cevnog snopa je a prenik omotaa je , tako da je odnos =1.59 a visina separacionog prostora je

Toplotna snaga razmenjivaa iznosi 472 kW (protok amonijaka je 1194 kg/h), a povrina za razmenu toplote je , tako da je toplotni fluks . Pomou jednaine (1) dobija se odnos , a prema kriterijumu Palena .

Prema (5) korienjem vrednosti maksimalna brzina pare je =0,889 m/s. Stvarna brzina pare iznosi =0,110 m/s, tj. karakteristini odnos je . Ako se jednaina (6) upotrebi za odreivanje faktora uznoenja korienjem vrednosti dobija se specifino uznoenje , to je manje od usvojene granine vrednosti od .Prema jednaini (4) minimalna zapremina parnog prostora je , i ova vrednost je 8% manja od stvarne vrednosti .Poto duina cevnog snopa iznosi , minimalni broj prikljuaka je , pa je usvojeno da na ulazu i na izlazu iz aparata ima po tri prikljuka. Brzina pare u prikljuku na izlazu je , a proizvod iznosi 549 Pa.Konstrukciono reenje isparivaa se moe smatrati ispravnim, s obzirom da su svi kriterijumi zadovoljeni.

Slika 2 Ispariva (prikljuci: A ulaz procesnog fluida, B - izlaz procesnog fluida, C - ulaz tenog amonijaka, D izlaz pare amonijaka)4ZakljuakPostoji vie preporuka i kriterijuma za dimenzionisanje separacionog (parnog) prostora kod kod isparivaa sa potopljenim cevnim snopom. Ovi kriterijumi, preuzeti iz otvorene literature, su sistematino prikazani u lanku, pa se na osnovu njih lako moe uspostaviti procedura za dimenzionisanje aparata ili za proveru postojeeg konstrukcionog reenja, kako je i prikazano u primeru amonijanog isparivaa.5Spisak oznaka

, prenik omotaa

, prenik cevnog snopa

, efikasnost stepena kontakta u sluaju kada nema uznoenja

, prividna efikasnost

, visina separacione zone

, koeficijent uznoenja

, duina cevnog snopa

, maseni protok

, broj parova (ulaz + izlaz) prikljuaka

, pritisak u parnom prostoru

, toplotna snaga

, toplotni fluks

, povrina za razmenu toplote

, zapremina parnog prostora

, brzina

gustina

povrinski naponIndeksimax, maksimalnomin, minimalnomix, meavinaG, gas (para)

L, tenostout, izlaz6Spisak koriene literature1.Sinnott R. K.: Chemical Engineering Volume 6: Chemical Engineering Design, Pergamon Press, Oxford, 1983.

2.Palen J. W. Small W. M.: A New Way to Design Kettle and Internal Reboilers, Hydrocarbon Processing, V. 43, No. 11, p. 199 1964.

3.Vuji, S.: Rashladni ureaji, Mainski fakultet, Beograd, 1997.

4.Iranian Petroleum Standards IPS-E-PR-880, Engineering Standard For Process Design Of Gas (Vapor)-Liquid Separators, May 1997.

5.Tammami B., Simplifying reboiler entrainment calculations, Oil Gas Journal, June 1985.

6.Heat Exchanger Design Handbook (HEDH) Volume 3, Hemisphere Publishing Company, Washington, 1986.

7.Jaimovi B., Geni S.: Studija revitalizacije postrojenja za proizvodnju CO2, 2007.

8.Standards of Tubular Excangers Manufactures Association, Sixth Edition, New York 1978.

9.Ernest L.: Applied Process Design for Chemical and Petrohemical Plants, Volume 3, Third Edition, Gulf Professional Publishing, Boston 1999.

10.Billet, R.: Evaporation Technology, VCH Verlagsgesellscahft mbH, Weinheim, 1989.

11.Vorkauf, H., Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens, VDI Forschungsheft B341, 1931.

12Engineering standard for process design of gas (vapour)-liquid separators, original edition May 1997. Iranian Petroleum Standard IPS-E-PR-880.

PAGE 5

_1286609799.unknown

_1286611918.unknown

_1286612227.unknown

_1286612919.unknown

_1286613104.unknown

_1399367504.unknown

_1399367928.unknown

_1399367931.unknown

_1286613160.unknown

_1286613876.unknown

_1286612928.unknown

_1286612977.unknown

_1286612671.unknown

_1286612713.unknown

_1286612318.unknown

_1286612086.unknown

_1286612153.unknown

_1286612076.unknown

_1286612038.unknown

_1286611143.unknown

_1286611317.unknown

_1286611614.unknown

_1286611874.unknown

_1286611530.unknown

_1286611556.unknown

_1286611420.unknown

_1286611505.unknown

_1286611190.unknown

_1286611267.unknown

_1286611294.unknown

_1286611306.unknown

_1286611278.unknown

_1286611212.unknown

_1286611157.unknown

_1286610159.unknown

_1286610976.unknown

_1286611016.unknown

_1286610287.unknown

_1286610959.unknown

_1286610218.unknown

_1286609837.unknown

_1286610049.unknown

_1286603878.unknown

_1286607658.unknown

_1286607786.unknown

_1286608052.unknown

_1286608206.unknown

_1286607692.unknown

_1286607298.unknown

_1285061155.vsd6490

700

A

B

C

D

DN 80

DN 80

DN 80

DN 50

DN 50

DN 50

DN 100

DN 50

C

C

D

D

~5500

450

_1286602789.unknown

_1286602793.unknown

_1286602779.unknown

_1285425962.unknown

_1284819339.unknown

_1284905056.unknown

_1284823354.unknown

_1284814730.unknown