Принципиальная схема ректификационной установки. Описание конструкции испарителя и выбор материалов. Определение значения коэффициента теплоотдачи в случае конденсации водяного пара внутри вертикальных труб. Расчет трубной решетки и фланцевого соединения.
Аннотация к работе
В термодинамике процесс кипения определяется как испарение жидкости с образованием в ее объеме большого паровых пузырьков. Процессы парообразования оказывают на интенсивность теплообмена существенное влияние, связанное как с ростом и движением паровых пузырьков вблизи поверхности теплообмена, так и с наличием паровой фазы в объеме жидкости.Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава ХР, которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны.К числу таких простых составляющих процесса пузырькового кипения относятся образование паровых пузырьков, а точнее их зародышей, на погруженной в жидкость поверхности теплообмена, рост пузырьков и их отрыв. К этим силам относятся силы давления rж окружающей пузырек жидкости и пара rп внутри пузырька и сила поверхностного натяжения самого пузырька. Если форма пузырька близка к сферической, то равновесие этих сил, определяемое соотношением Гиббса, принимает вид: , (1.1) где s - сила поверхностного натяжения, Н/м; R - радиус пузырька, м. Из соотношения следует, что при положительной кривизне поверхности паровой фазы давление внутри пузырька будет превышать давление в окружающей его жидкости. Возникновение зародыша паровой фазы требует затраты энергии на определение сил давления и сил поверхностного натяжения.2.1 Материальный и тепловой балансы процесса Температура кипения этанола при Рисп = 1,8 ата (рис. Количество теплоты, поглощенное при испарении жидкости (2.1) где r1 = 815 КДЖ/кг, теплота испарения этанола при данной температуре кипения по приложению VII [1]. Количество теплоты, потребное для нагревания поступающей на испарение жидкости.Определим температуру t? определяющую границу зон процесса теплообмена Для случая конденсации водяного пара внутри вертикальных труб значение коэффициента теплоотдачи находим по формуле 4-73а [2] , (2.5) где qk - удельная тепловая нагрузка при конденсации пара; l - длина труб, предварительно примем l = 4 м; Коэффициент А при конденсации водяного пара внутри вертикальной трубы приведены на рис. Коэффициент теплоотдачи со стороны кипящего этанола находим по формуле 4-78 [2].По ГОСТ 14248-79 наиболее близко подходит вертикальный испаритель, имеющий параметры: Диаметр кожуха D = 800 мм; Периметр, смачиваемый этанолом м. Скорость движения этанола r1 - плотность этанола при t = 78,5°С, кг/м3; Значение критерия Re для этанола Значение критерия Nu определяется по рис.Объемный расход греющего пара . следовательно, режим движения находится в переходной области. Потеря давления на трение в прямых трубахВыполним расчет центробежного насоса для подачи этанола в испаритель. На линии всасывания установлен один нормальный вентиль, на линии нагнетания - один нормальный вентиль и дроссельная заслонка, имеется также два колена под углом 90°. Примем скорость бензола во всасывающем и нагнетательном трубопроводах одинаковой, равной 1 м/с. Принимаем трубопровод из стали марки 12Х13, диаметром 45?3 мм. Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений [4, c.26]: для всасывающей линииПримем коэффициент прочности сварных швов j = 0,9 (ручная дуговая электросварка), напряжение для стали Ст3 при t = 116°С, s = 130 МПА. Расчетная толщина стенки кожуха Примем прибавку к расчетной толщине за весь срок службы аппарата (10 лет) с = 0,01?15 = 0,15 мм. По ГОСТ 15121-79 минимальная толщина обечайки для аппаратов D = 800 мм составляет s = 4,0 мм, на этой толщине и останавливаем свой выбор.Исходные данные для расчета: - внутренний диаметр D = 800 мм; расчетное давление в трубном пространстве рт = 0,18 МПА; расчетное давление в межтрубном пространстве рмт = 0,18 МПА; , (3.6) где Dп - средний диаметр уплотняющей прокладки, м; z - число труб на диаметре решетки, определяемое по формуле [4] , (3.8) где K - коэффициент, зависящий от типа решетки; с - прибавка на коррозию.Фланцевое соединение крышки и корпуса аппарата при Dвн = 800 мм и р = 0,18 МПА выбирается по ОСТ 26-426-79 с плоскими приварными фланцами и уплотнительной поверхностью типа "шип-паз". , - условие выполняется. Наружный диаметр прокладки определяется по формуле [8] Количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения, определяется по формуле [8] Высота фланца определяется по формулеМасса обечайки кожуха Масса крышки и днища (3.40) где Dф - наружный диаметр фланца, hф - высота фланца. кг, Объем межтрубного пространстваНаибольший диаметр отверстия, не требующий укрепления в эллиптической крышке аппарата определяется по формуле , (3.46) где В0 - ширина зоны укрепления; s = 4 мм - исполнительная толщина стенки крышки; SR = 0,65 мм - расчетная толщина стенки крышки; с = 0,15 мм - прибавка; DR - расчетный диаме
План
Содержание
Введение
1. Технологическая часть
1.1 Описание технологической схемы установки
1.2 Теоретические основы процесса
1.3 Описание аппарата и выбор материалов, в объекте разработки
2. Технологические расчеты процесса и аппарата
2.1 Материальный и тепловой балансы
2.2 Технологические расчеты
2.3 Конструктивные расчеты
2.4 Гидравлическое сопротивление аппарата
2.5 Выбор вспомогательного оборудования
3. Расчеты аппарата на прочность и герметичность
3.1 Расчет толщины стенки и крышки
3.2 Расчет толщины трубной решетки
3.3 Расчет фланцевого соединения
3.4 Расчет и выбор опоры
3.5 Расчет укрепления отверстия
4. Монтаж и ремонт аппарата
4.1 Монтаж аппарата
4.2 Ремонт аппарата
Литература
Введение
В термодинамике процесс кипения определяется как испарение жидкости с образованием в ее объеме большого паровых пузырьков. Жидкость при этом может двигаться организованным потоком или находится в самоустановившемся свободном движении. Процессы парообразования оказывают на интенсивность теплообмена существенное влияние, связанное как с ростом и движением паровых пузырьков вблизи поверхности теплообмена, так и с наличием паровой фазы в объеме жидкости. Для каждого конкретного случая важно правильно оценить степень влияния отмеченных факторов на интенсивность теплообмена, чтобы выбрать их них определяющие.
Правильный выбор определяющих факторов позволяет достичь необходимой точности при расчетах площади поверхности теплообмена в аппаратах без излишнего усложнения расчетных зависимостей. К сожалению, состояние теории часто не позволяет надежно предсказывать характеристики процесса теплообмена при кипении в разнообразных условиях эксплуатации теплообменных аппаратов. Поэтому, несмотря на большой объем выполненных к настоящему времени исследований, окончательные решения при проектировании аппаратов, в которых осуществляется процесс кипения, в ряде случаев могут быть приняты только на основе специально поставленного эксперимента. Этим же объясняется и преимущественно экспериментальный характер работ, посвященных исследованиям теплообмена при кипении, а также тот факт, что большинство расчетных формул, используемых на практике, представляют собой более или менее удачные интерполяционные зависимости, полученные на основе экспериментальных данных.