Расчет конденсатора-холодильника паров бинарной смеси метанол-вода - Курсовая работа

В промышленности теплообмен между рабочими телами (теплоносителями) происходит в специально сконструированных аппаратах, которые называются теплообменниками. Основную группу теплообменных аппаратов, применяемых в промышленности, составляют поверхностные теплообменники, в которых теплота от горячего теплоносителя передается холодному теплоносителю через разделяющую их стенку. 2.По конструкции:-изготовленные из труб: а) теплообменники «труба в трубе»; В аппаратах этого типа теплообмен между горячим и холодным теплоносителями осуществляется через разделяющую их перегородку (стенку). Теплообменники предназначены для проведения процесса теплообмена между теплоносителями, которые не изменяют своего агрегатного состояния в процессе теплообмена: это газожидкостные и жидкостно-жидкостные аппараты для проведения процессов охлаждения и нагревания.Пары поступают в аппарат при температуре конденсации, конденсат отводится при 18°C Тепло, отданное смесью метанол-вода при конденсации: - Тепло, отданное при охлаждении конденсата смеси этанол-вода: и а также и берем при температуре кипения смеси 78°C Температура смеси между зонами конденсации и охлаждения определяется: или . Средний температурный напор в зоне конденсации, в случае смешанного тока, определяем по уравнению: Так как и Наметим вариант теплообменного аппарата.В задачу конструктивно - механического расчета входит определение необходимых геометрических размеров отдельных деталей и узлов, которые определяют конструкцию теплообменного аппарата, его механическую прочность и размеры.Толщина стенки обечаек, работающих под внутренним давлением, рассчитывается по уравнению: где PR-расчетное давление в аппарате, МПА; - предельно-допустимое напряжение для стали Х18Н10Т ГОСТ 5632-61, =145МН/м2 ; D-диаметр обечайки, мм; - прибавка на округление, - прибавка на коррозию.Толщину трубных решеток можно принять: Теплообменные трубы в трубной решетке располагаются по вершинам равносторонних треугольников (шахматное расположение труб).Составными элементами корпусов химических аппаратов являются крышки и днища, которые обычно изготовляются из того же материал, что и обечайки, и привариваются к ней. Эллиптические днища и крышки изготавливаются из листового проката штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением до 10 МПА. Крышки и днища подбирают стандартными по таблицам из справочной литературы.Штуцеры должны соответствовать по конструкции и прочности рабочему давлению внутри аппарата, при этом должны обеспечивать высокую герметичность. Толщина стенок штуцеров должна определяться расчетом на плотность по рабочему давлению в аппарате и нагрузкам, возникающим от присоединенных деталей трубопроводов и арматуры, однако она не должна быть меньше половины толщины стенки аппарата, к которому они привариваются. При выборе высоты штуцеров необходимо исходить из условий закладки болтов во фланцы со стороны сосуда, а также с учетом толщины слоя изоляции, закрепляемой на поверхности аппарата. Диаметр условного прохода (внутренний диаметр) штуцеров для подвода и отвода теплоносителей рассчитывается на основе уравнения массового расхода: ; Выбираем штуцер с плоским фланцем и тонкостенным патрубком (по I типу [табл.27.1, 3] ). d3, d4 =0,2 ммУстановка химических аппаратов на фундаменты или специальные несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью опор. Для установки нашего вертикального аппарата будем использовать опоры типа II по ОН 26-01-69-68. Для того, чтобы выбрать опору, необходимо рассчитать вес всего аппарата в рабочем состоянии. Вес всего аппарата: Опоры лапы типа VIII [3, рис.29.1] Теплообменник подвешены на 4-х лапах.Основной целью гидравлического расчета теплообменных аппаратов является определение затрат энергии на перемещение жидкости (пара) через теплообменник и подбор насоса или вентилятора. Подбор насоса осуществляется по следующим основным параметрам: свойствам теплоносителя, необходимой объемной производительности, развиваемого напора и мощности двигателя. Во всех случаях при подборе насосов или вентиляторов, их паспортные характеристики должны быть не ниже требуемых по расчету. В общем случае мощность N (КВТ), потребляемая двигателем насоса рассчитывается по уравнению: ; Скорость в штуцере больше скорости в трубах, поэтому потери давления для входной и выходной камер находим по скорости в штуцерах, а потери при входе и выходе из труб и при повороте из одной секции в другую - по скорости в трубах: ? = 0,65В качестве изоляционного материала возьмем совелит (85% магнезит 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности л=0,09 Вт/(м·К).Был произведен тепловой расчет аппарата, в результате был выбран стандартный вертикальный кожухотрубный теплообменник с неподвижной трубной решеткой (ГОСТ 15119-79) поверхность теплообмена . Трубы изготовлены из стали марки Х18Н10Т, расположены в шахматном порядке и закреплены в трубной решетке развальцовкой.

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

2 КОНСТРУКТИВНО - МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

2.1 Расчет толщины обечайки

2.2 Расчет трубной решетки

2.3 Подбор крышки и днища

2.4 Подбор штуцеров

2.5 Расчет опор

3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

4 РАСЧЕТ ИЗОЛЯЦИИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Теплопередача - это наука о процессах распространения теплоты. Различают три различных способа переноса теплоты: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. В реальных установках теплота передается комбинированным путем, однако вклад этих трех составляющих в общий перенос теплоты неодинаков и определяется многими условиями: природой теплоносителя, агрегатным состоянием, температурным и гидродинамическим условиям и т.д.

В промышленности теплообмен между рабочими телами (теплоносителями) происходит в специально сконструированных аппаратах, которые называются теплообменниками. Они должны отвечать определенным общим требованиям: обладать высокой тепловой производительностью и экономичностью, обеспечивать заданные технологические условия процесса, быть просты по конструкции, компактны, обладать современным техническим и эстетическим дизайном, иметь длительный срок службы, соответствовать требованиям СНИП и ведомственным правилам Госгортехнадзора. Особые требования предъявляются к обеспечению надежности работы аппаратов, возможности автоматического регулирования режимно-технологических параметров и аварийного отклонения.

В химической технологии теплообменные аппараты довольно широко распространены, применяются в различных производствах легкой и тяжелой промышленности. Для обеспечения того или иного технологического процесса применяются различные типы теплообменных аппаратов. Основную группу теплообменных аппаратов, применяемых в промышленности, составляют поверхностные теплообменники, в которых теплота от горячего теплоносителя передается холодному теплоносителю через разделяющую их стенку. Другую группу составляют теплообменники смешения, в которых теплота передается при непосредственном соприкосновении горячего и холодного теплоносителей.

Теплообменные аппараты классифицируются: 1.По назначению: а) холодильники;

б) подогреватели;

в) испарители;

г) конденсаторы;

2.По конструкции: -изготовленные из труб: а) теплообменники «труба в трубе»;

б) оросительные теплообменники;

в) погружные змеевиковые;

г) теплообменники воздушного охлаждения;

д) из оребренных труб;

е) кожухотрубчатые теплообменники;

-с неподвижной трубной решеткой;

-с линзовым компенсатором;

-с плавающей головкой;

-с U-образными трубами;

3.По направлению движения теплоносителя: а) прямоточные;

б) противоточные;

в) с перекрестным движением.

4.По принципу действия теплообменные а) рекуперативне;

б) регенеративне;

в) смесительные.

Наибольшее распространение в химической промышленности получили теплообменные аппараты рекуперативного типа. В аппаратах этого типа теплообмен между горячим и холодным теплоносителями осуществляется через разделяющую их перегородку (стенку).

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты используются для практической реализации таких процессов, как нагревание (охлаждение), конденсация и испарение. Соответственно аппараты называются теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями.

Теплообменники предназначены для проведения процесса теплообмена между теплоносителями, которые не изменяют своего агрегатного состояния в процессе теплообмена: это газожидкостные и жидкостно-жидкостные аппараты для проведения процессов охлаждения и нагревания.

Холодильники предназначены для охлаждения водой или другими нетоксичными, не пожаро- и не взрывоопасными хладагентами жидких и газообразных сред. Работают, как правило, в области минусовых температур.

В соответствии с ГОСТ 1512019 и 15122-79 кожухотрубчатые теплообменники и холодильники изготавливают двух типов «Н» - с неподвижными трубными решетками и «К» - с компенсатором температурных напряжений на кожухе. Необходимость использования компенсатора определяется предельно-допустимой разностью температур стенок труб и кожуха, равной 50ЄС или сравнительно большой длиной теплообменных труб (более 6м).

Конденсаторы предназначены для конденсации насыщенных паров. Обычно конденсацию осуществляют на наружной поверхности пучка труб в межтрубном пространстве. В химической промышленности для нагревания жидкостей и газов за счет теплоты конденсации насыщенных паров чаще всего используется насыщенный водяной пар.

Испарители предназначены для проведения процессов испарения жидкости при кипении. При этом жидкость кипит в трубах, а в межтрубное пространство подается греющий агент. В соответствии со стандартом, кожухотрубчатые испарители в этом случае могут быть только одноходовыми и вертикального исполнения.

Теплообменники типа «труба в трубе». При сравнительно небольших тепловых нагрузках (малых производительностях по теплоносителям), когда требуемая величина теплопередающей поверхности незначительна (до 20 ч 40 м2), на практике рекомендуется использовать наиболее простые по устройству, изготовлению, монтажу и эксплуатации теплообменники. Они изготавливаются в следующих исполнениях: - неразборные однопоточные малогабаритные;

- разборные одно- и двухпоточные моногабаритные;

- разборные однопоточные;

- неразборные двухпоточные;

- разборные многопоточные;

В пластинчатых теплообменниках поверхность теплообмена образуется набором тонких штампованных гофрированных пластин, которые собраны в пакеты и разделены между собой специальной формы и профиля уплотнительной термостойкой резиной. Они могут быть разборными и полуразборными.

Спиральные теплообменники. В них поверхность теплопередачи образуется двумя листами (лентами) из углеродистой или легированной стали, свернутыми в виде спирали вокруг центральной перегородки.

Блочные графитовые теплообменники. Для осуществления процесса теплообмена между агрессивными химически активными теплоносителями пользуются теплообменниками, изготовленными из графита. Наибольшее распространение получили блочные графитовые теплообменники.

В нашем случае по заданию необходимо провести расчет кожухотрубчатого теплообменника.

Кожухотрубчатые теплообменники относятся к рекуперативным поверхностным аппаратам непрерывного действия. По конструкции они представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, закрепленных при помощи трубных решеток (досок) и ограниченных кожухами с крышками, снабженнвми патрубками входа и выхода теплоносителя. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены. Теплообменники такого типа предназначены для теплообмена между различными жидкостями, между жидкостями и паром, между жидкостями и газом.

Основным недостатком аппаратов такого типа является большое сечение трубного и межтрубного пространства, что обуславливает невысокие скорости движения теплоносителей и, как следствие, невысокие значения коэффициентов теплоотдачи. Для увеличения скорости движения теплоносителей, теплоносителей, теплообменники часто выполняются многоходовыми, устанавливая перегородки в трубном или межтрубном пространстве.

Основное достоинство кожухотрубчатых теплообменников - большая удельная поверхность теплообмена, то есть поверхность, приходящаяся на единицу массы аппарата, благодаря чему эти теплообменники находят самое широкое применение.

Был произведен тепловой расчет аппарата, в результате был выбран стандартный вертикальный кожухотрубный теплообменник с неподвижной трубной решеткой (ГОСТ 15119-79) поверхность теплообмена . Диаметр кожуха 1000 мм, длина труб 3 м, общее число труб 754, диаметр трубы 0,025x2 м, число ходов 2, запас площади поверхности теплообмена 15%. Рассчитана тепловая изоляция ее толщина составляет 14 мм. А также произведен гидравлический расчет.

Трубы изготовлены из стали марки Х18Н10Т, расположены в шахматном порядке и закреплены в трубной решетке развальцовкой.

Для подачи воды в теплообменник используем центробежный насос марки Х500/25.

Теплообменник установлен на четыре стандартных опоры типа ОВ- II-Б-10000-20 ОН 26-01-69-68.

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.- 9-е изд.- Л.: Химия, 1981.-560с.

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

3. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. - Спб.: Машиностроение. 1981. - 382с.

4. Кожухотрубный теплообменник. Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов всех специальностей ХТФ - Томск: Изд. ТПУ, 2006 - 20с.

5. Процессы и аппараты химической технологии. Проектирование теплообменных аппаратов. Часть 1.Тепловой расчет. Методические указания к курсовому проектированию для студентов химико-технологического факультета. Томск: Изд. ТПУ, 2004.-47с.

6. Процессы и аппараты химической технологии. Проектирование теплообменных аппаратов. Часть 2. Гидравлический и конструктивно - механический расчеты. Методические указания к курсовому проектированию для студентов химико-технологического факультета. Томск: Изд. ТПУ, 2004.-42с.