123667 (689552), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Определим тепловую нагрузку необходимую для охлаждения сырья до необходимой температуры. Так как в заданном нам процессе не происходит изменение агрегатного состояния ни вещества теплоносителя, ни вещества хладоагента, то тепловая нагрузка находится по формуле:

; (5)

Определим расход хладагента (воды):

; (6)

.

Вычислим ориентировочное значение требуемой поверхности теплопередачи F_ор:

; (7)

.

Так как нам выгодно снижение температуры креплёного вина, направим горячий поток в межтрубное пространство, а хладагент – в трубное. В этом случае будут потери теплоты в окружающую среду через кожух теплообменника.

Примем размер труб трубного пучка мм. Зададимся величиной критерия Рейнольдса для трубного пространства Re_тр=10000. Найдём число труб n, которое обеспечит развитое турбулентное движение хладагента.

; (8)

.

Теперь, ориентируясь на величину поверхности теплопередачи F_ор и количеством труб, выбираем нормализованный кожухотрубчатый теплообменник.

Таблица № 2

Характеристики нормализованного кожухотрубчатого теплообменника

Расчёт коэффициентов теплоотдачи для трубного и межтрубного пространств. Расчёт коэффициента теплоотдачи для межтрубного пространства. Определяем объёмный расход креплёного вина:

; (9)

.

Находим скорость потока в межтрубном пространстве:

; (10)

.

Находим значение критерия Рейнольдса Re₁ для межтрубного пространства:

; (11)

.

Вычисляем критерий Прандтля:

; (12)

.

Определяем критерий Нуссельта. Примем , а значение скобки

.

; (13)

.

Теперь находим коэффициент теплоотдачи для межтрубного пространства:

; (14)

.

Расчёт коэффициента теплоотдачи для трубного пространства.

Определяем объёмный расход воды:

; (15)

.

Находим скорость потока в межтрубном пространстве:

; (16)

.

Находим значение критерия Рейнольдса Re₁ для трубного пространства:

; (17)

.

Вычисляем критерий Прандтля:

; (18)

.

Определяем критерий Нуссельта. Примем , а значение скобки

.

; (19)

.

Теперь находим коэффициент теплоотдачи для трубного пространства:

; (20)

.

Определяем расчётное значение коэффициента теплоотдачи К_р

Теплообменник будет изготовлен из обычной углеродистой стали с коэффициентом теплопроводности λст=46,5 Вт/(м∙К). Учтем также появление в процессе эксплуатации аппарата загрязнений как со стороны дистиллята rзаг.1 = 1/5800 Вт/(м2∙К), так и со стороны охлаждающей воды rзаг.2 = 1/1500 Вт/(м2∙К).

Тогда коэффициент теплопередачи будет равен:

; (21)

.

Определение температур стенок.

Определение температуры стенки для горячего потока t_ст1:

; (22)

.

Определение температуры стенки для холодного потока t_ст2:

; (23)

.

Расчёт критерия Прандтля для горячего и холодного потоков с использованием физико-химических свойств, взятых при температурах стенки t_ст1 и t_ст2.

Таблица № 3

Свойства индивидуальных веществ при температурах стенки t_ст1 и t_ст2

Критерий Прандтля для горячего потока (креплёного вина):

; (24)

.

Критерий Прандтля для холодного потока (воды):

; (25)

.

Вычислим значение скобок в формулах (13) и (19).

Для горячего потока: .

Для холодного потока: .

Определение расчётной поверхности теплопередачи и её запаса

Определим расчётную поверхность теплопередачи

; (26)

.

Теперь определим запас поверхности теплопередачи

; (27)

.

5. Гидравлический расчет

Выбор диаметра штуцеров для трубного и межтрубного пространств

Для расчета диаметров штуцеров необходимо принять значение допустимой скорости в штуцерах, которая зависит от того, является трубопровод напорным или самотечным. Уходящий с верха колонны пар конденсируется и самотеком поступает в емкость. Из этой емкости жидкость насосом по одному трубопроводу направляется на верх колонны для создания орошения, а по второму (нашему) прокачивается через холодильник и далее на склад. Таким образом, скорость во всех штуцерах берем как для напорных трубопроводов wдоп = 1,5 м/с.

Диаметр штуцеров для трубного пространства

; (28)

.

Диаметр штуцеров для межтрубного пространства

; (29)

.

По ГОСТу выбираем стандартный условный диаметр :

;

; .

Перед проведением гидравлического расчёта уточняем скорость потока в штуцере.

Скорость потока для трубного пространства

; (30)

.

Скорость потока для межтрубного пространства

; (31)

.

Определим коэффициент трения для шероховатых труб:

; (32)

.

Отсюда получаем:

Вычислим гидравлическое сопротивление трубного пространства.

Под термином «гидравлическое сопротивление» принято понимать величину разности статических давлений на входе потока в рассматриваемый аппарат и на выходе из него в зависимости от средней скорости потока, свойств веществ потока, геометрических размеров и конфигурации аппарата, через который протекает поток.

; (33)

.

Вычислим гидравлическое сопротивление межтрубного пространства:

; (34)

6. Элементы механического расчета

Расчет толщины кожуха

Главным составным элементом корпуса большинства химических аппаратов является кожух (обечайка). Наибольшее распространение получили цилиндрические кожухи, которые отличаются простотой изготовления, рациональным расходом материала и достаточной прочностью.

Цилиндрические кожухи из стали при избыточном давлении среды в аппарате р следует рассчитывать по формуле:

δ = D ∙ p / (2 ∙ σ_д ∙ φ) + С_к + С_окр ,

где D – внутренний диаметр кожуха, м;

σ_д – допускаемое напряжение на растяжение для материала кожуха, МН/м² (σ_д = 140 МН/м²).

Коэффициент φ учитывает ослабление кожуха из-за сварного шва и наличия неукрепленных отверстий, φ = φ_ш = 0,95.

Прибавка толщины с учетом коррозии С_к определяется формулой: С_к = П∙τ_а ,

П = 0,1 мм/год; τ_а = 10 лет, а суммарное значение толщины округляется до ближайшего нормализованного значения добавлением С_окр.

C_к = П ^. τ_а = 0,1 ^. 10 = 0,001 м.

Границей применимости формулы для расчета кожуха является условие:

(δ - С_к) / D ≤ 0,1.

Толщина кожуха с учетом запаса на коррозию и округления равна:

δ = 0,8 ∙ 0,392 / (2 ∙ 140 ∙ 0,95) + 0,001 = 0,0022 м = 2,2 мм.

Условие (0,0022 - 0,001) / 1 < 0,1 выполняется.

На основании данных практического использования кожухотрубчатых теплообменных аппаратов принимаем толщину стенки кожуха равной 4мм.=0,004м.

Допускаемое избыточное давление в обечайке можно определить из формулы:

р_д = 2 ∙ σ_д ∙ φ ∙ (δ - С_к ) / (D + (δ - С_к )) =

= 2 ∙ 140 ∙ 0,95 ∙ (0,0022 - 0,001) / (0,8 + (0,0022 - 0,001))= 0,39 МПа.

Расчет толщины днища

Составным элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые обычно изготавливаются из того же материала, что и кожуха, и привариваются к ней. Днище неразъемно ограничивает корпус горизонтального аппарата с боков. Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Днища такой формы изготавливаются из листового проката штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением до 10 МПа. Толщину стандартных эллиптических днищ, работающих под внутренним избыточным давлением р, рассчитывают по формуле, которая справедлива при условии: (δ - Ск) / D ≤ 0,125.

Примем, что днище у аппарата стандартное отбортованное эллиптическое сварное и в нем нет неукрепленных отверстий.

Примем φ = φш = 0,95.

Толщина днища:

δ = D ∙ p / (2 ∙ σд ∙ φ) + Ск + Сокр = 0,8∙ 0,3924 / (2 ∙ 140 ∙ 0,95) + 0,001= 0,0022 м = 2,2 мм.

Требуемое условие (0,0022 - 0,001) / 1 < 0,125 выполняется. Исходя из условия, по которому толщина стенки полусферического днища должна быть не меньше толщины стенки кожуха принимаем толщину стенки днища равной 5мм.=0,005м.

Расчет фланцевых соединений

Подсоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или штуцеров. Штуцерные соединения могут быть разъемными и неразъемными. Наиболее употребительны разъемные соединения с помощью фланцевых штуцеров. Стальные фланцевые штуцера представляют собой короткие куски труб с приваренными к ним фланцами либо с фланцами, удерживающимися на отбортовке, либо с фланцами, откованными заодно со штуцером. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров могут быть тонко- или толстостенными. Штуцера не рассчитывают на прочность, а выбирают. Типы штуцеров определены действующими стандартами, сводную таблицу которых можно найти в справочнике.

По назначению все фланцевые соединения в химическом аппаратостроении подразделяются на фланцы для трубной арматуры и труб и фланцы для аппаратов. Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев, уплотнительного устройства и крепежных элементов.

Характеристики

Список файлов курсовой работы