Кожухотрубный теплообменник для конденсации 15000 кг/ч паров четыреххлористого углерода - Курсовая работа

Теплообменниками называются аппараты, в которых происходит теплообмен между рабочими средами независимо от их технологического или энергетического назначения (подогреватели, выпарные аппараты, конденсаторы, пастеризаторы, испарители, деаэраторы, экономайзеры и др.). Обычно различаются собственно теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспомогательную роль. По способу передачи тепла различаются теплообменники смешения, в которых рабочие среды непосредственно соприкасаются или перемешиваются, и поверхностные теплообменники-рекуператоры, в которых тепло передается через поверхность нагрева - твердую (металлическую) стенку, разделяющую эти среды. По основному назначению различаются подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы. В зависимости от вида рабочих сред различаются теплообменники: а) жидкостно-жидкостные - при теплообмене между двумя жидкими средами;Выбор оптимальной конструкции теплообменника является задачей, разрешаемой технико-экономическим сравнением нескольких типоразмеров аппаратов применительно к заданным условиям или на основании критерия оптимизации. На поверхность теплообмена и на относящуюся к ней долю капитальных затрат, а также на стоимость эксплуатации влияет недорекуперация теплоты. Известно также, что с увеличением числа и длины труб в пучке и уменьшением диаметра труб снижается относительная стоимость 1 м2 поверхности кожухотрубчатого теплообменника, так как при этом снижается общая затрата металла на аппарат в расчете на единицу поверхности теплообмена. Следует иметь в виду, что с увеличением числа труб увеличивается вероятность нарушения плотности их крепления в трубной решетке, а с применением труб малого диаметра увеличивается их засоряемость и усложняется чистка. При выборе типа теплообменника можно руководствоваться следующим рекомендациями.Так как четыреххлористый углеров является корозионно активным веществом, то в качестве конструкционного материала выбираем сталь Х28 ГОСТ 5632-61, устойчивую в агрессивных средах при температурах до 600°С.Температура и теплота конденсации четыреххлористого углерода: тк = 77 °С [1, c.541], rk = 195 КДЖ/кг [1, c.542]. Охлаждающая вода поступает в межтрубное пространство, а пары четыреххлористого углерода конденсируются в трубах. Принимаем ориентировочное значение критерия Рейнольдса Reop=10300, соответствующее развитому турбулентному режиму движения жидкости, при котором обеспечиваются наилучшие условия теплообмена. Принимаем по ГОСТ 15120-79 теплообменник с близкой поверхностью теплообмена: двуходовой с диаметром кожуха 400 мм, поверхностью теплообмена F=47 м2 и количеством трубок n=100, 25?2. Физико-химические свойства четыреххлористого углерода взяты при температуре конденсации 77 °С.В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход жидкости через штуцера, повороты через сегментные перегородки и сопротивления трубного пучка при его поперечном обтекании. Рассчитаем сопротивление межтрубного пространства: где ? - коэффициент трения в межтрубном пространстве, L - длина труб, dэ - эквивалентный диаметр, ? - коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в межтрубном пространстве: ?мтр 1 = 1,5 - вход и выход жидкости [2, с. , где m - число рядов труб, омываемых водой в межтрубном пространстве. Рассчитаем сопротивление трубного пространства: Определим скорость пара в трубах wtp = G1z/(0,785dвн2nr1)=24] теплообменник изготовляется из труб диаметром 400?6, таким образом толщина обечайки d= 6 мм. Так как аппарат работает при атмосферном давлении, то выбираем плоские стальные отбортованные днища по ГОСТ 12622-78 [3, с. Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле: d = , где G - массовый расход теплоносителя, r - плотность теплоносителя, w - скорость движения теплоносителя в штуцере. Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 2,5 м/с, скорость пара в штуцере 25 м/с. Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже.Выполнен технологический расчет, в котором определена тепловая нагрузка аппарата Q=813 КВТ, определен коэффициент теплопередачи K=428 Вт/м2?К, рассчитана поверхность теплообмена F=40 м2. Исходя из выше изложенных результатов выбран теплообменник с ближайшей большей поверхность теплообмена: двухходовой теплообменник с длиной труб 6 м, у которого поверхность теплообмена 47 м2 .

Содержание

Введение

1. Назначение и область применения проектируемого оборудования

2. Выбор конструкционного материала

3. Технологический расчет аппарата

4. Гидравлический расчет

5. Подбор основных конструктивных элементов

Заключение

Список литературы

Теплообменниками называются аппараты, в которых происходит теплообмен между рабочими средами независимо от их технологического или энергетического назначения (подогреватели, выпарные аппараты, конденсаторы, пастеризаторы, испарители, деаэраторы, экономайзеры и др.).

Технологическое назначение теплообменников многообразно. Обычно различаются собственно теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспомогательную роль.

Классификация теплообменников возможна по различным признакам.

По способу передачи тепла различаются теплообменники смешения, в которых рабочие среды непосредственно соприкасаются или перемешиваются, и поверхностные теплообменники-рекуператоры, в которых тепло передается через поверхность нагрева - твердую (металлическую) стенку, разделяющую эти среды.

По основному назначению различаются подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы.

В зависимости от вида рабочих сред различаются теплообменники: а) жидкостно-жидкостные - при теплообмене между двумя жидкими средами;

б) парожидкостные - при теплообмене между паром и жидкостью (паровые подогреватели, конденсаторы);

в) газожидкостные - при теплообмене между газом и жидкостью (холодильники для воздуха) и др.

По тепловому режиму различаются теплообменники периодического действия, в которых наблюдается нестационарный тепловой процесс, и непрерывного действия с установившимся во времени процессом.

Многотрубный кожухотрубчатый теплообменник представляет собой пучок трубок, помещенных в цилиндрическую камеру (кожух); таким образом, внутренность камеры является межтрубным пространством. Трубки ввальцованы в трубные решетки, ограничивающие камеру со всех сторон. К трубным решеткам крепятся распределительные коробки с патрубками для впуска рабочей жидкости, протекающей внутри трубок. Камера снабжена также патрубками для подвода и отвода второго рабочего тела.

Трубки латунные, медные или стальные применяются диаметром от 10 мм и выше; трубки имеют большие диаметры при вязких или загрязненных жидкостях.

Для помещения в кожухе большей поверхности теплообмена и получения большего коэффициента теплоотдачи выгоднее применять трубки меньшего диаметра.

Трубные решетки могут быть наглухо приварены или приклепаны к корпусу, одна из решеток может быть не соединена с камерой. В этом случае уплотнение достигается резиновым кольцом, зажимающим щель между корпусом и решеткой.

Кожух теплообменника обычно стальной, цилиндрический. Иногда для обеспечения свободы температурного расширения кожуха и трубок на кожухе устраивают компенсатор.

Для осуществления длительной работоспособности в процессе эксплуатации при обработке среды, загрязненной или выделяющей отложения на стенках аппарата, необходимо производить периодические осмотры и очистку поверхностей.

Аппараты должны обладать достаточной прочностью и иметь возможно малые габаритные размеры. При конструировании необходимо находить оптимальные решения, учитывающие требования обеспечения возможности разборки рабочей части аппарата и герметичности системы каналов, возможно высоких коэффициентов теплопередачи за счет повышения скорости движения рабочей среды при минимальных гидравлических потерях в аппарате.

В химических производствах до 70% теплообменных аппаратов применяют для сред жидкость - жидкость и пар - жидкость при давлении до 1 МПА и температуре до 200 °С. Для указанных условий разработаны и серийно изготовлены теплообменные аппараты общего назначения кожухотрубчатого и спирального типов. В последнее время получают распространение пластинчатые теплообменные аппараты общего назначения. Одним из преимуществ трубчатых теплообменных аппаратов является простота конструкции.

Удельная металлоемкость кожухотрубчатых аппаратов в 2 - 3 раза больше металлоемкости новых пластинчатых аппаратов.

Конденсация пара может быть осуществлена путем охлаждения пара или путем охлаждения и сжатия одновременно. По способу охлаждения различаю конденсаторы смешения и поверхностные конденсаторы.

В конденсаторах смешения пар непосредственно соприкасается с охлаждаемой водой и получаемый конденсат смешивается с последней, конденсацию в таких аппаратах обычно проводят в тех случаях, когда конденсируемые пары не представляют ценности. При этом для улучшения теплообмена между водой и паром поверхность соприкосновения между ними увеличивают путем распределения воды в паровом пространстве в виде капель, струек и т.д.

В поверхностных конденсаторах тепло отнимается от конденсирующего пара через стенку. Наиболее часто пар конденсируется на внешних или внутренних поверхностях груб, омываемых с другой стороны водой или воздухом. Таким образом, получаемый конденсат и охлаждающий агент отводят из конденсатора раздельно, и конденсат, если он представляет ценность, может быть использован.

Так поверхностные конденсаторы зачастую применяют в тех случаях, когда сжижение и охлаждение конечного продукта, получаемого, например, в виде перегретого пара, является завершающей операцией производственного процесса.

Вместе с тем поверхностные конденсаторы более металлоемки, чем конденсаторы смешения, а, следовательно, более дороги и требуют больших расходов охлаждающего агента. Последнее объясняется тем, что стенка, разделяющая участвующие в теплообмене среды, оказывает добавочное термическое сопротивление. Это вызывает необходимость повышения средней разности температур.

В качестве поверхностных конденсаторов наиболее часто применяют трубчатые и оросительные холодильники-конденсаторы.

Достоинствами кожухотрубных теплообменников являются: компактность; легкость очистки труб изнутри, а недостатками - трудность пропускания теплоносителей с большими скоростями; трудность очистки межтрубного пространства и трудность изготовления из материалов, не допускающих развальцовки и сварки.

1. Спроектирован кожухотрубный теплообменник для конденсации 15000 кг/ч паров четыреххлористого углерода.

2. Выполнен технологический расчет, в котором определена тепловая нагрузка аппарата Q=813 КВТ, определен коэффициент теплопередачи K=428 Вт/м2?К, рассчитана поверхность теплообмена F=40 м2. Исходя из выше изложенных результатов выбран теплообменник с ближайшей большей поверхность теплообмена: двухходовой теплообменник с длиной труб 6 м, у которого поверхность теплообмена 47 м2 .

3. Рассчитано сопротивление межтрубного пространства ?рмтр=7839 Па и сопротивление трубного пространства ?ртр=365 Па. Выбран центробежный насос Х45/21, для которого расход Q = 0,0125 м3/с и напор Н = 13,5 м ст. жидкости.

4. Выбраны основные конструктивные элементы (днища, штуцера, фланцы, опоры, трубная решетка).

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии : Учебное пособие для вузов / 10 изд. - Л. : Химия, 1987, - 587 с.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под ред. Дытнерского Ю.И. - М. : Химия, 1991 - 496 с.

3. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели: Методические указания /Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Сост. Н.Ю. Смирнов, Г.Д. Демидова, Б.П. Дотокин, А.А. Мельников, Е.В. Таланов, В.В. Яшков. - Иваново, 2003. - 61 с.

4. Расчет и проектирование теплоизолирующего оборудования : Учебное пособие / В.Я. Лебедев, Е.П. Барулин, Т.М. Веренина. Изд. ИГХТА, Иваново, 1994 - 156 с.

Размещено на .ru