Рассмотрение принципиальной схемы ректификационной установки. Определение температуры кипения смеси бензол-толуол. Расчет коэффициента теплопередачи для разных зон теплообмена. Выбор толщины трубной решетки, диаметра штуцера, формы днищ и крышек.
Аннотация к работе
В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников: - Поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена - глухую стенку; Значительно реже применяются регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами - насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем. Перенос энергии в форме тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Тела, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. 1.4), используемые для теплообмена между потоками в различных агрегатных состояниях (пар-жидкость, жидкость-жидкость, газ-газ, газ-жидкость).Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси XF. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Для более полного обогащения верхнюю часть колон колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава XP, которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны.Бензол и толуол являются коррозионно-активными веществами, рабочая температура в колонне не выше 130°С, поэтому в качестве конструкционного материала для основных деталей аппарата выбираем сталь 12Х18Н9Т по ГОСТ 5949-75[2c.59]: которая используется для изготовления деталей химической аппаратуры при работе с агрессивными средами при температурах от 10 до 200 °С.Определим температуру кипения смеси бензол-толуол, для этого сначала определяем мольный состав смеси. XLIV] составляет 80,2°С, а толуола 110,8°С, тогда бензол будет низкокипящим компонентом. где =78кг/кмоль =92кг/кмоль - молярные массы бензола и толуола Далее по графику t-x, y для смеси бензол толуол (согласно равновесным данным [1]) определяем В начальный период теплообмена происходит конденсация насыщенного пара смеси бензол-толуол, водой начальной температуры 13?С, до конечной 25?С, данный процесс обозначим, как первую зону теплообмена. Температура выхода конденсата составляет 18?С, следовательно конденсат охлаждается от 84 ?С до 18?С и при охлаждении передает тепло охлаждающей воде, нагревая его эту зону обозначим как вторую зону теплообмена.Определяем скорость жидкости в трубах В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, 1 поворот на 180, 2 входа и выхода из них.Шаг между трубами зависит от диаметра труб и способов их крепления. Крепление труб в трубных решетках осуществляется сваркой, пайкой или развальцовкой. Минимальный шаг между трубами рекомендуется принимать в соответствии со следующими данными: Выбираем тип крепления труб - развальцовкой. При развальцовке должно выполняться условие , где , условие выполняется.Диаметр штуцера для входа-выхода воды здесь м/с - скорость потока приняли по [1,с.16]; , здесь скорость приняли для водяного пара [1,с.16], м кг/м?Обечайки аппарата, работающие под внутренним давлением Выбираем хромникелевую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72; Коэффициент прочности сварного шва, при 100% контроле сварного шва ручная дуговая электросварка (4 с.Составными элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые обычно изготовляются из того же материала, что и обечайки, и привариваются к ней. Днище неразъемное ограничивает корпус вертикального аппарата снизу и сверху. Если <, то Рабочая толщина стенки крышки (днища) условие соблюдается (2 т.Выбираем стандартный фланец Таблица 2 - элементы стандартных фланцевых соединений приварных встык Расчетная температура фланцев и болтов [6. с.579] Коэффициент, определенный по диаграмме [2. с.401] Усилие, возникающее от разности температур фланца и болтаДля вертикальных аппаратов используют опоры-стойки [4, с. Определим вес аппарата: определяем ориентировочно. масса пустого аппарата [1, с.В ходе работы были рассмотрены тепловые процессы теплопередачи, рассмотрены теплообменные аппараты и технологическая схема осуществления процесса конденсации пара смеси бензол-толуол.
План
Содержание
Введение
1. Расчетная часть
1.1 Описание технологической схемы
1.2 Выбор конструкционного материала
2. Технологический расчет
3. Гидравлический расчет
4. Конструктивный расчет
4.1 Расчет трубной решетки
4.2 Расчет диаметра штуцеров
5. Механический расчет
5.1 Цилиндрические обечайки
5.2 Расчет днищ и крышек
5.3 Расчет фланцевого соединения
5.4 Выбор опоры
Заключение
Список используемой литературы
Введение
В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников: - Поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена - глухую стенку;
- Теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении.
Значительно реже применяются регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами - насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другим теплоносителем.
Конструкция теплообменников должна отличаться простотой, удобством монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна обеспечивать возможно меньшее загрязнение поверхности теплообмена и быть легко доступной для осмотра и очистки.
Перенос энергии в форме тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур более нагретого и менее нагретого тел, при наличии которой тепло самопроизвольно, в соответствии со вторым законом термодинамики, переходит от более нагретому к менее нагретому телу.
Тела, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями.
Выбор типа аппарата
Достоинством кожухотрубных конденсаторов является возможность создания высоких и даже одинаковых скоростей обоих теплоносителей и, следовательно, больших коэффициентов теплоотдачи. К числу их недостатков относятся большое гидравлическое сопротивление и значительная металлоемкость.
Наиболее широкое распространение получили кожухотрубные конденсаторы (рис. 1.4), используемые для теплообмена между потоками в различных агрегатных состояниях (пар-жидкость, жидкость-жидкость, газ-газ, газ- жидкость). Аппарат состоит из пучка труб, помещенного внутри цилиндрического корпуса (обечайки), сваренного из листовой стали, реже - литого. Трубки завальцованы в двух трубных решетках или приварены к ним в зависимости от свойств конструкционных материалов. Чаще всего применяются трубы диаметрами: 25x2; 38X2; 57X2,5 мм; длина их обычно достигает 6 м. Трубки размещаются в пучке в шахматном порядке, по вершинам равностороннего треугольника, с шагом t=(1,25-1,30) dн, где dн - наружный диаметр труб. Аппарат снабжен двумя съемными крышками со штуцерами для входа и выхода теплоносителя, движущегося внутри труб. Трубное и межтрубное пространства разобщены. Второй теплоноситель движется в межтрубном пространстве, снабженном входным и выходным штуцерами. По трубам движется, как правило, тот поток, который содержит взвешенные твердые частицы (для удобства чистки), находится под большим давлением (чтобы не утяжелять корпус) или обладает агрессивными свойствами (для предохранения корпуса от коррозии).
Рисунок 1.4 - Кожухотрубный холодильник 1 - корпус; 2 - трубы; 3 - трубные решетки; 4 - крышки; 5 - штуцеры для входа и выхода из трубного пространства; 6 - штуцеры для входа и выхода из межтрубного пространства; 7 - поперечные перегородки межтрубиого пространства; 8, 9 - опорные лапы соответственно при вертикальном и горизонтальном расположениях аппарата.
Горячая жидкость входит в трубное пространство состоящее из труб 2. Холодный теплоноситель входит в межтрубное пространство, в результате соприкосновения двух теплоносителей с разными тепловыми потоками возникает теплообмен и тепловые потоки выравниваются, тем самым определяя заданную температуру на входе для горячего или холодного теплоносителя. Теплоносители поступают в трубное пространство при помощи штуцера 6, в межтрубное - штуцер 5. Аппарат имеет эллиптические крышки и днище 5, крепление аппарата осуществляется при помощи опорных лап 8. Крепление труб к трубной решетке 8 осуществляется за счет развальцовки.
Площадь проходного сечения межтрубного пространства значительно больше (иногда в 2 раза) суммарного живого сечения труб, поэтому при одинаковых объемных расходах теплоносителей коэффициент теплоотдачи со стороны межтрубного пространства оказывается более низким. Для устранения этого явления прибегают к увеличению скорости теплоносителя путем размещения различных перегородок в межтрубном пространстве. Кожухотрубные аппараты соответственно местным условиям располагаются вертикально или горизонтально; при необходимости удлинения пути теплоносителей они могут соединяться последовательно, а при невозможности размещения требуемого числа труб в одном корпусе их соединяют параллельно. Для удлинения пути теплоносителей с целью увеличения их скорости и интенсификации теплообмена используют многоходовые аппараты. Так, в двухходовом аппарате (рис. 1.5) благодаря перегородке 1 в верхней крышке 2 теплоноситель проходит сначала по трубам лишь через половину пучка и в обратном направлении - через вторую половину пучка.
В ходе работы были рассмотрены тепловые процессы теплопередачи, рассмотрены теплообменные аппараты и технологическая схема осуществления процесса конденсации пара смеси бензол-толуол. Процесс теплообмена сложный и состоит из двух зон: зона конденсации и зона охлаждения конденсата, расчет по все параметрам осуществлялся для каждой зоны отдельно. ректификационный бензол теплопередача штуцер
По результатам расчета был выбран четырехходовой теплообменник с высотой труб Н=6м диаметром кожуха D=800мм, общее число труб 404, число ходов 4, число труб на один ход 101, площадь поверхности F=190 м?
По результатам выбранного теплообменника сделан расчет гидравлический на определение сопротивления в трубном и межтрубном пространстве. Конструкторский расчет для определения размеров штуцеров и трубной решетки, а также механический расчет корпуса, опоры, фланца и крышки аппарата.
Список литературы
Пособие по проектированию "Основные ПАХТ" под ред. Ю.И.Дытнерского, 2-е издание, переработанное и дополненное; М.: Химия,1991. - 496 с.
К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков "Примеры и задачи по курсу ПАХТ" Учебное пособие для ВУЗОВ / Под ред. чл. - корр. АН СССР П.Г. Романкова. - 9-е издание, перераб. и доп. - Л.: Химия, 1981. - 560 с.
Н.Б. Варгафтик "Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей". М.:Физматгиз, 1963 . - 708 с.
А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский "Основы расчета и конструирования химической аппаратуры" М.: Физматгиз,1970 .- 725с.
М.Ф.Михалев "Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств" Л.: Машиностроение, 1984 . - 301 с.
А.С.Тимонин "Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования" Том 1, 2002 .
А.А. Лащинский "Конструирование сварных химических апаратов", 1982