курсова робота. Розрахунок курсової роботи з пахт. Робота № 100094

Перехід до торгівельного партнера Binance

курсова робота

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

іххт

Факультет:

ЗІ

Кафедра:

Кафедра хімічної інженерії

Інформація про роботу

Рік:

2020

Тип роботи:

Розрахунок курсової роботи

Предмет:

пахт

Варіант:

2 11

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра хімічної інженерії Курсовий проект з курсу ПАХТ на тему: «Розрахунок та проектування спірального теплообмінника для охолодження толуолу» Львів -2020 Завдання Розрахувати спіральний теплообмінник для охолодження толуолу. Вихідні дані: витрата С6Н5СН3= 10 000 кг/год.; початкова температура толуолу t1=1000С, кінцева t2 = 400С; температура охолоджуючої води на вході t3= 180С, на виході t4 = 380С; рух теплоносіїв – протитечійний. № завдання Призначення і тип апарата Теплоносій G·10–3 Температура °С Р, МПа гарячий холодний t1п t1к t2п t2к 11 СП Толуол Вода 10 100 40 18 38 - Вступ Технологічні процеси, швидкість протікання яких визначається швидкістю підведення або відведення тепла, називаються тепловими процесам. Теплопровідністю називають процес розповсюдження тепла внаслідок хаотичного руху мікрочастинок, які знаходяться безпосередньо в контакті між собою. Для газів і крапельних рідин це рух самих молекул, для твердих тіл - коливання атомів в кристалічній решітці, для металів - дифузія вільних атомів. Для твердих тіл теплопровіднінсть є основним видом передачі тепла. Теплове випромінювання це процес розповсюдження тепла у вигляді електромагнітних хвиль різної довжини, обумовлений тепловим рухом атомів або молекул тіла, яке випромінює тепло. Всі тіла здатні випромінювати енергію, яка поглинається іншими тілами і перетворюється в тепло. На практиці частіше розповсюдження тепла відбувається одночасно двома-трьома способами, тобто відбувається складний теплообмін. Наприклад у разі теплообміну між твердою стінкою і газовим середовищем тепло передається одночасно конвекцією, теплопровідністю та випромінюванням. Перенесення тепла від стінки до газоподібного (рідкого) середовища або в зворотному напрямку називається тепловіддачею. Процес передачі тепла від більш нагрітої рідини (газу) до менш нагрітої через розділюючу стінку називають теплопередачею. Під час процесу теплопередачі перенесення тепла конвекцією супроводжується теплопровідністю та тепловим випромінюванням. Однак один з видів розповсюдження тепла є переважаючим в кожному конкретному випадку. Встановленими (стаціонарними) називають процеси теплообміну, які здійснюються в неперервно діючих апаратах і температури в різних точках є сталими в часі. У періодично діючих апаратах, де температури змінюються в часі (під час нагрівання та охолодження), здійснюються невстановлені (нестаціонарні) процеси теплообміну. Теплообмінниками називають пристрої, які призначаються для передачі тепла від одних тіл до інших. В теплообмінниках можуть проходити різні теплові процеси: зміна температури, випаровування, кипіння, конденсація, розплав. В цих процесах тепло може передаватися від одного тіла до декількох інших тіл і навпаки. Тіла, які віддають або приймають тепло називають теплоносіями. Теплообмінні апарати мають велике розповсюдження в усіх галузях промисловості і широко застосовуються в теплових установках. В залежності від призначення теплообмінники називаються підігрівачами, конденсаторами, випарниками. По принципу дії теплообмінні апарати діляться на поверхневі (рекуператори), регенеративні і змішувальні. Вибір теплоносія в теплообміннику залежить в першу чергу від температури, що необхідна для нагрівання чи охолодження. Крім того, промисловий теплоносій повинен забезпечувати достатньо високу інтенсивність теплообміну при невеликих масових і об'ємних витратах. Відповідно він повинен мати малу в'язкість, але густина, теплоємність і теплота пароутворення повинні бути високими. Бажано, щоб теплоносій був нелегко займистий, нетоксичний, термічно стійкий, не руйнував поверхню теплообмінника. В багатьох випадках економічно доцільним є утилізація тепла деяких напівпродуктів, продуктів і відходів виробництва, які використовують в якості теплоносіїв в теплообмінних апаратах. Для охолодження в якості охолоджуючого агента використовують річкову, озерну, струмкову або артезіанську воду. При значних витратах охолодження проводять зворотною водою відпрацьованою охолоджуючою водою теплообмінних апаратів. Цю воду охолоджують в відкритих басейнах. Температура охолодження залежить від початковою температури води. При проектуванні теплообмінників для розрахунку слід брати найбільш несприятливі (літні) умови для того, щоб забезпечити надійну і безперервну роботу теплообмінного апарату на протязі всього року. Вода використовується для охолодження головним чином в поверхневих теплообмінниках (холодильниках). В таких холодильниках вода рухається знизу вверх для того, щоб конвекційні потоки, зумовлені зміною густини теплоносія, співпадали з напрямком його руху. 1. Конструкції теплообмінних апаратів В залежності від способу передачі тепла розрізняють дві основні групи теплообмінників : 1) поверхневі теплообмінники, в яких перенос тепла між середовищами, що обмінюються теплом, відбувається через поверхню, що їх розділяє - глуху стінку ; 2) теплообмінники зміщення, в яких тепло передається від одного середовища до другого при їх безпосередньому зіткненні. Не так часто використовуються в хімічній промисловості регенеративні теплообмінники, в яких нагрівання рідких середовищ відбувається за рахунок їх зіткнень з попередньо нагрітими твердими тілами - насадкою, що заповнює апарат, яка періодично нагрівається іншими теплоносіями. Поверхневі теплообмінники найбільш розповсюджені, і їх конструкції досить різноманітні. Нижче розглянуті типові, в основному нормалізовані, конструкції поверхневих теплообмінників. В технології використовуються теплообмінники, виготовлені із найрізноманітніших металів, а також із неметалічних матеріалів, вибір матеріалу завжди диктується його корозійною стійкістю" і теплопровідністю, причому конструкція теплообмінного апарату суттєво залежить від властивостей вибраного матеріалу. Конструкції теплообмінників повинні відрізнятися простотою, зручністю монтажу і ремонту. В деяких випадках конструкції теплообмінника повинна забезпечувати якомога менше забруднення поверхні теплообміну і бути легкодоступною для огляду та очистки. Теплообмінники призначені для передачі тепла від однієї речовини до іншої. Речовини, які беруть участь в процесі теплообміну називаються теплоносіями . В теплообмінниках можуть проходити різні теплові процеси: зміна температури, випаровування, кипіння, конденсація, розплав. В цих процесах тепло може передаватися від одного тіла до декількох інших тіл і навпаки. Тіла, які віддають або приймають тепло називають теплоносіями. Теплообмінні апарати мають велике розповсюдження в усіх галузях промисловості і широко застосовуються в теплових установках. В залежності від призначення теплообмінники називаються підігрівачами , конденсаторами, випарниками. По принципу дії теплообмінні апарати діляться на поверхневі (рекуператори), регенеративні і змішувальні. В технології використовуються теплообмінники, виготовлені із найрізноманітніших металів, а також із неметалічних матеріалів, вибір матеріалу завжди диктується його корозійною стійкістю і теплопровідністю, причому конструкція теплообмінного апарату суттєво залежить від властивостей вибраного матеріалу. Спіральні теплообмінники можна використовувати для реалізації теплообміну між робочими середовищами рідина-рідина, газ-газ, газ-рідина, а також для конденсації пари і парогазових сумішей. Їх виготовляють з поверхнею теплообміну 10-100 м2; вони працюють як під вакуумом, так і при тиску до 1 МПа при температурі робочого середовища 20-200 ° С. У спіральних теплообмінниках поверхню теплообміну утворена двома сталевими стрічками 1, 2 товщиною 3,5-6 мм і шириною 400-1250 мм, згорнутими в спіраль так, що виходять канали а і б прямокутного профілю, за якими противоточно рухаються теплоносії. Перший (від центру апарату) виток спіралі закріплений розпірними дисками 4, які фіксуються повздовжніми розпірками 3. На поверхні спіралі з кроком 70-100 мм приварені штифи 6 для додання теплообміннику жорсткості. Крім штифтів при навивці спіралі між її витками встановлюють смугові дистанційні вставки 5. Ці вставки разом зі штифтами забезпечують необхідний зазор між стрічками, який для стандартних теплообмінників становить 8-12 мм. З торців апарат закритий кришками на прокладках.Залежно від способу ущільнення спіральних каналів з торців розрізняють теплообмінники з тупиковими і наскрізними каналами. Поширення цих теплообмінників останнім часом пояснюється простотою виготовлення і компактністю конструкції. У такому апараті один з теплоносіїв надходить в периферійний канал апарату і, рухаючись по спіралі, виходить з верхнього центрального каналу. Інший теплоносій надходить в нижній центральний канал і виходить з периферійного каналу. Площа поперечного перерізу каналів у такому теплообміннику по всій довжині постійна, тому він може працювати із забрудненими рідинами (забруднення змивається потоком теплоносія). Опис схеми процесу теплообміну Технологічна схема процесу теплообміну з використанням спірального теплообмінника представлена на рис. 2. Рис. 2. Схема процесу теплообміну із застосуванням спірального теплообмінника. Толуол, за допомогою відцентрового насоса Н, подається в спіральний теплообмінник ТС, де охолоджується за рахунок нагрівання охолоджуючої води і потім потоком поступає в приймальну посудину ПС. Вода, вийшовши з теплообмінника, скидається в каналізацію або використовується як зворотня. Розрахунок спірального теплообмінника Знаходимо теплофізичні параметри теплоносіїв за середньої потоків (за температури розчину С6Н5СН3 120°С, охолоджувальної води 28°С) Таблиця 1 Толуол Вода Коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м·К) 0,123 0,618 Густина с, кг/м3 870 997 Коефіцієнт кінематичної в’язкості н, м2/с 0,356٠10-6 0,805·10-6 Теплоємність С, кДж/(кг·К) 1,82 4,174 Критерій Прандтля 4 5,41 3.1. Тепловий розрахунок Теплове навантаження апарату Q = G1с1(t1 – t2) G1=10000/3600=2,8кг/с. Q=2,8٠1,82(100-40)=305,76 кДж/с. Витрата охолоджуючої води G2 = Q/C2(t4-t3) =305,76/4,174(38-18)=3,7кг/с. Середня різниця температур Δtб =t1 - t4=100-38=620С Δtм= t2–t3=40-18=220С Відношення Δtб/ Δtм=62/22=2,8, відповідно, середня сила процесу: Δtср= Δtб– Δtм/ln Δtб/ Δtм=62-22/ln62/22=38,580С Середня температура води: t1ср=( t3+t4)/2=(18+38)/2=280С Середня температура толуолу: t2ср=t1ср+Δtср=28+38,58=66,580С. Розмір каналів Задаємось швидкістю руху розчину w1=1 м/с (швидкість руху рідини в каналах спірального теплообмінника приймають в межах 0,3 – 1,0 м/с) і визначаємо площу перерізу каналу теплообмінник S = G1/ρ1٠ w1=2,8/870٠1=0,0032м2. При ширині канала b1=0,012м висота стрічки повинна бути : h=S1/b1=0,0032/0,012=0,27м. приймаєм по ГОСТ 12067-80 h=0,4м; ширину другого канала приймаємо b2=b1=0,012; товщина листа δ=3,5 мм. Коефіцієнт тепловіддачі від толуолу до стінки. Еквівалентний діаметр канала: d=2bh/(b+h)=2٠0,012٠0,4/(0,012+0,4)=0,0233м. Швидкість руху толуолу: w1=G1/(bhρ1)=2,8/(0,012٠0,4٠870)=0,67м/с. Критерій Рейнольдса: Re1=w1dρ1/v1=0,67٠0,0233٠870/0,356٠10-3= 38150. Критерій Нуссельта: Nu1=0,021٠Re10,8٠Pr10,43٠(Pr/Prcт1)0,25. Критерій Прандтля: Pr1=сv/ λ1=1,82٠0,356/0,123=5,27. Приймаємо в першому наближенні (Pr/Prcт1)0,25=1,тоді Nu1=0,021٠381500,8٠5,270,43=198,2. α1 = Nu1 λ1/ d =198,2٠0,123/0,0233=1046,3Вт/(м2.К) Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до води. Швидкість руху води: w2=G2/(bhρ2)=3.7/(0,012٠0,4٠997)=0,77м/с. Критерій Рейнольдса: Re2=w2d2/v2=0,77٠0,0233٠997/0,805٠10-3=22220. Критерій Нуссельта: Nu2=0,021٠Re20,8٠Pr20,43٠(Pr/Prcт2)0,25. Критерій Прандтля:Pr2=5,41 Приймаємо в першому наближенні (Pr/Prcٍ1)0,25=1,тоді Nu2=0,021٠222200,8٠5,410,43=129,9. α2 = Nu2 λ2/ d =129,9٠0,618/0,0233=3445,4 Вт/(м2.К) Тепловий опір стінки. ∑ δ/ λ =δст/ λст +r1+r2, де λст =17,5Вт/(м2٠К)-теплопровідність нержавіючої сталі r1=r2=1/5800 мК/Вт-тепловий опір забруднень ∑ δ/ λ =(0,0035/17,5)+(1/5800)+(1/5800)=5,4٠10-4 м.К/Вт. Коефіцієнт теплопередачі: К=1/(1/λ1+∑δ/λ+1/ λ2)=1/(1/1046+5,4٠10-4+1/3445,4)=559 Вт/(м2.К) Розраховуємо температуру стінки: tср1=tср1-кΔtср/α1=28-559٠38,58/1046,3=7,390С tср2=tср2-кΔtср/α2=66,58-559٠38,58/3445,4=60,240С Уточняємо коефіцієнти тепловіддачі при температурі стінки: Pr1cт =9 α1ут =1046,3٠(5,27/9)0,25=915,27 Вт/(м2.К) Pr2cт =5 α2ут =3445,4٠(5.41/5)0,25=3513,96 Вт/(м2.К) Уточнений коефіцієнт теплопередачі: к=1(1/915,27+5,4٠10-4 +1/3513,96)=521 Вт/(м2.К) Перевіряєм температуру стінки tср1=tср1-кΔtср/α1=28-521٠38,58/915,27=6,040С tср2=tср2-кΔtср/α2=66,58-521٠38,58/3513,96=60,850С Значення майже однакові з раніше знайденими. Поверхня теплообміну. F=Q/(KΔtср )=305,76٠103/(521٠38,58)=15,21м2. Згідно ГОСТ 12067 – 80 з таблиці 2.12 (додаток 2.1) вибираємо спіральний теплообмінник з наступною характеристикою: F, м2 Товщина листа, мм Ширина листа, мм Довжина каналу, м Площа січення каналу, 104 м2 Маса теплообмінника, кг, не більше D штуцерів для рідких теплоносіїв, мм 16,0 3,5 0,5 16,0 60 1480 65 3.2.Конструктивний розрахунок. Довжина спіралі: L=F/2h=16/(2٠0,4)=20м. Розрахунок штуцерів. Приймаєм швидкість рідини в штуцері wшт=1м/с. Штуцер для входу і виходу тололу: d1 =(G1/0,785 ٠wшт٠ρ1)^1/2 =[2,8/(0,785٠1٠870)]0,5=0,064м, приймаєм d1=65мм. Штуцер для входу і виходу води: d1 =(G2/0,785 ٠wшт٠ρ2)^1/2 = [3,7/(0,785٠1٠997)]0,5 =0,079м, приймаєм d=100мм. По ГОСТ 1255 – 67 [8] підбираємо плоскі приварні фланці, розміри яких приведені нижче d D D2 D1 h n D 100 205 170 148 14 4 18 65 160 130 110 14 4 14 / Рис. 3. Конструкція плоского приварного фланця Число витків спіралі. Крок спіралей t1 = t2 = b +  = 0,012 + 0,035 = 0,0155 <. Приймаєм радіус піввитка з врахуванням положення штуцера r=0,2м. Число піввитків першої спіралі: n1=(0,5-r1/t2)+[(r1/t2)2+2l/`t2]^1/2=(0,5–0,2/0,0155)+ +[(0,2/0,0155)2+220,0/(0,0155)]0,5 =19. Число піввитків другої спіралі: n1 = (t1-0,5t2-r1)/t2) + [(r1+0,5t2-t1/t2)2 + 2l/`t2]^1/2 = (0,0155-0,5٠0,0155- 0,2)/0,0155) +{[(0,2+0,5٠0,0155-0,0155)/0,0155]2+2٠20,0/(3,14٠0,0155)}0,5=19. Діаметр апарата: D = 2[r1 + (n2 + 1)t2 – t1] + 2 = 2[0,2 + (19+ 1)0,0155 0,0155]+0,0035٠2= =0,996м, приймаєм D = 1000 мм. 3.3.Гідравлічний розрахунок: Задачою гідравлічного розрахунку є визначення гідравлічного опору апарата. Вибір насоса для подачі рідкого теплоносія. Гідравлічний опір апарата для толуолу. P=٠(lwd)+1,5w2шт Швидкість толуолу в штуцерї: w1шт = G1/(0,785dшт21) = 2,8/(0,7850,0652870) = 0,97 м/с. Коефіцієнт тертя: 1 = 856/Re0,25 1= 0,856/381500,25 = 0,061. Р1 = 0,061 Па. Гідравлічний опір апарата для води. Швидкість води в штуцерї: w2шт = G2/(0,785dшт22) = 3,7/(0,7850,0702997) = 0,97 м/с. Коефіцієнт тертя: 2 = 856/Re0,25 = 0,856/22220025 = 0,070. Р2 = 0,07020,00,772997/(20,0233)+1,50,972997 = 19166 Па 3.4. Підбір допоміжного обладнання Для толуолу: H1 = P1/(1g)+h де h - геометрична висота підйому рідини і втрати напору в трубопроводі. Приймаєм h = 3 м. H1 = 9038,7/(8709,8) + 3 = 1,1 м Об'ємна секундна витрата розчину: Q1 = G1 / 1 = 2,8/870 = 0,0032 м3/с вибираєм відцентровий насос Х20/18, який забезпечує Q= 0,0055 м3/с та напір Н = 10,5м . Для води: H2 = P2 / (2.g)+h де h - геометрична висота підйому рідини і втрати напору в трубопроводі. Приймаєм h = 3 м. H2 = 19166/(9979,8)+3=1,96 м Об'ємна секундна витрата розчину: Q2 = G1 / 1 = 3,7/997 = 0,0037 м3/с По цим двом величинам вибираєм відцентровий насос К20/18, який забезпечує Q= 0,0055 м3/с, напір Н = 10,5 м. 3.5. Механічний розрахунок. Вибір опори апарата: Маса теплообміника: m = m1+mв+m2, де m1 – маса спіралі, mв – маса води заповняючої апарат при гідровипробуванні, m2 - маса елементів (фланців, штуцерів). m1 = 2hLAB = 20,420,00,00357900 =442,4 кН. де AB = 7900 кг/м3 – густина сталі mв = (0,785D2h – 2hL)2 = (0,7851,020,4-20,420,00,0035)1000 = 258 кН m2 приймаєм 5% від основної маси апарата. Тоді mp = 1,05(m1+mв) = 1,05(442,4+258) =735,4кг =7 кН. Приймаєм для апарата два опори у вигляді лап. Нагрузка на одну опору: G = m/2 = 7/2 = 3,5 кН Вибираєм опору з допущеною нагрузкою 6,3 кН. Розрахунок теплової ізоляції Приймаєм температуру зовнішньої поверхності стінки tст.в= 400С, температуру навколишнього повітря tп = 180С, тоді товщина скловолокнистої ізоляції: де з = 0,09 Вт/м2 – коефіцієнт теплопровідності теплоізоляційного матеріала, 2 – коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої стінки корпусу в навколишнє середовище, 2 = 8,4+0,06tв = 8,4+0,0622 = 9,72 Вт/м2 де tв = tст.в – tп = 40 – 18 = 22 0С з = 0,09(100-40)/[9,72(40 – 18) = 0,025 м. Приймаєм товщину теплової ізоляції 25 мм. Охорона навколишнього середовища В наш час обсяги виробництва та загалом усі галузі світової економіки характеризується значно більшими масштабами виробництва ніж раніше. Але, на жаль, технології не стають чистішими, тому виробництво величезної кількості корисної продукції супроводжується великою кількістю забруднень. Кількість і різноманітність викидів, їх висока температура та токсичність істотно ускладнює вирішення проблем пило- і газоуловлення, та очистки води. Різноманітних засобів обробки газів не вистачає. При виконані проекту слід згадати про те, що виробництво толуолу є потенційно небезпечним, оскільки толуол пожежонебезпечна, легкозаймиста речовина. Також вона володіє слабкою наркотичною дією. Пари толуолу можуть проникати через шкіру і органи дихання та викликати ураження нервової системи (уповільненість та порушення в роботі вестибулярного апарату). В загальному, толуол, як і інші гомологи бензолу, токсичний його тривалий вплив може призвести до уражень органів кровотворення, у тому числі необоротних. Тому потрібно дотримуватись певних безпечних регламентів. Для ефективного проведення експлуатації необхідно дотримуватись наступних правил техніки безпеки: - організація безпеки від механічних пошкоджень апарату; - герметизація та постійний контроль фланцевих та зварних з'єднань: - своєчасне виділення і знешкодження відходів виробництва, які являються джерелом забруднень навколишнього середовища; - проведення профілактичних ремонтів основних вузлів апарату; - дотримування норм технології проведення процесу; - використання автоматизації і дистанційного управління; - забезпечення безпеки робочого персоналу; - оснащення апарату приладами аварійної сигналізації автоматичного захисту і автоматичного блокування; - перед використанням апарат повинен бути перевіреним на внутрішній гідравлічний тиск і на герметичність системи; - організація пожежної охорони; - забезпечення засобами пожежогасіння; - проведення інструктажу серед робочого персоналу і атестація професійних навичок; - встановлення драбин для обслуговування; - для забезпечення охорони навколишнього середовища, відходи як органічного так і неорганічного походження подавати у відстійник, а потім після розділення застосовувати на наступних етапах знешкодження; - необхідно забезпечувати вентиляцією ділянки технологічною процесу, де можлива дифузія парів толуолу. Висновок В даному курсовому проекті використовується теплообмінник типу “спіральний”. -Площа поверхні теплообміннику даного апарату становить 15,21м2 ; -еквівалентний діаметр канала 0,0233м; -довжина спіралі 20м; - число піввитків першої і другої спіралі 19; 19; -діаметр апарата 1000 мм; - швидкість води та толуолу в штуцері 0,97; - товщина теплової ізоляції 25 мм; В якості теплоносія використано технічну воду, яка власне і сприяє зменшенню поверхні теплообміну. Список використаної літератури 1. Гончаров А.І., Стеценко О.В. « Основи хімічної технології ». 2. Дитнерський Ю.І. « Основні процеси та апарати хімічної технології ». 3. Йоффе І.Л. «Проектування процесів та апаратів хімічної технології ». 4. Лащинский А.А.;Толчинський А.Р. «Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури ». 5. Касаткін А.Г. « Основні процеси та апарати хімічної технології . » 6. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. « Приклади і задачі по курсу процесів та апаратів хімічної технології». 7. Чернін І.М., Кузьмін А.В. «Розрахунки деталей машин».

Розрахунок курсової роботи пахт

yuliiamatlakh

29.12.2021 19:12-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись