Кожухотрубный теплообменник для конденсации.. Розрахункова робота з Інші. Робота № 400510

Перехід до торгівельного партнера Binance

Кожухотрубный теплообменник для конденсации.

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2000

Тип роботи:

Розрахункова робота

Предмет:

Інші

Завантажити

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

Кожухотрубный теплообменник для конденсации 8 т/ч паров анилина. Охлаждающий агент – вода c начальной температурой 20, конечной 35 С . SHAPE \* MERGEFORMAT Введение Конденсация паров может осуществляться либо охлаждением паров, либо охлаждением и сжатием одновременно. По способу охлаждения различают конденсаторы смешения и поверхностные конденсаторы. В конденсаторах смешения пар непосредственно соприкасается с охлаждающей водой и получающийся конденсат смешивается с последней. В поверхностных конденсаторах тепло отнимается от конденсирующегося пара через стенку. Наиболее часто пар конденсируется на наружной поверхности труб, омываемых с другой стороны водой или воздухом. Недостатком поверхностных конденсаторов является большая металлоемкость и большой расход 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 используются кожухотрубные теплообменники. Они представляют из себя пучок труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем развальцовки, сварки, пайки, а иногда на сальниках. Пучок труб расположен внутри общего кожуха, причем один из теплоносителей движется по трубам, а другой - в пространстве между кожухом и трубами. Кожухотрубные теплообменники могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. В соответствии с ГОСТ 15121-79, теплообменники могут быть двух- четырех - и шестиходовыми по трубному пространству. 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. Технологическая схема Пары анилина поступают в межтрубное пространство теплообменника ТО. В трубное пространство с помощью центробежного насоса ЦН подается охлаждающая вода. За счет нагревания воды на поверхности труб происходит конденсация паров анилина и конденсат самотеком поступает в приемную емкость ПЕ, а вода сбрасывается в канализацию или используется в качестве оборотной Пары анилина ЦН ТО ПЕ Оборотная вода Рис. 1 Технологическая схема установки для конденсации паров анилина Выбор конструкционного материала Так как анилин является корозионно активным веществом, то в качестве конструкционного материала выбираем сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, устойчивую в агрессивных средах при температурах до 600 С. 3. Тепловой и материальный расчет 3.1. Температурный режим аппарата. Температура и теплота конденсации анилина: tк =184 С [1 c.541], rк = 436 кДж/кг [1 c.542]. Начальная температура воды t2н = 20 С, конечная t2к = 35 ºС. tк t2к t2н t F tм tб Рис. 2 Схема движения теплоносителей 3.2. Средняя разность температур: Δtб = tк – t2н =184 – 20 =164 ºС Δtм = tк – t2к =184 – 35 =149 ºС Так как отношение Δtб/Δtм =164/149 = 1,09 < 2, то Δtср = (Δtб + Δtм)/2 = (164+149)/2 = 156,5 ºС Средняя температура воды: t2ср = tк – Δtср =184 –156,5 = 27,5 ºC. 3.3. Тепловая нагрузка аппарата. Запишем уравнение теплового баланса: Q = G1rк = G2c2(t2к - t2н), где с2 = 4,19 кДж/кг∙К – теплоемкость воды [1 c.537] G1 и G2 - массовый расход паров анилина и воды. G1 = 8000/3600 = 2,22 кг/с, Q = 2,22436 = 969 кВт Из уравнения теплового баланса находим расход охлаждающей воды: G2 = Q/c2(t2к - t2н) = 969/4,19(35 – 20) = 15,4 кг/с. 3.5. Ориентировочный выбор теплообменника. Охлаждающая вода поступает в трубное пространство, а пары Анилина конденсируются. Принимаем ориентировочное значение критерия Рейнольдса Reор = 15000, соответствующее развитому турбулентному режиму движения жидкости, при котором обеспечиваются наилучшие условия теплообмена. Число труб приходящееся на один ход теплообменника: n/z = G2/0,785Reорdвнμ2, где dвн – внутренний диаметр трубок, μ2 = 0,842∙10-3 Па∙с – вязкость воды при 27,5 ºС [1 c. 537]. для труб 20×2 dвн = 0,016 м n/z = 15,4/0,785∙15000∙0,016∙0,842∙10-3 = 97. Принимаем также ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор = 500 Вт/м2∙К [1 c. 172], тогда ориентировочная поверхность теплообмена: Fор = Q/Kор Δtср = 969,0∙103/500∙156,5 = 12 м2. Принимаем по ГОСТ 15120-79 теплообменник с близкой поверхностью теплообмена: 2-х ходовой с диаметром кожуха 325 мм и 90 трубками 20×2 [2c.51]. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде: 2 = Nu22/dвн, где 2 = 0,611 Вт/мК – теплопроводность воды при 27,5 С [1c.537], Nu2 – критерий Нуссельта для воды. Фактическое значение критерия Рейнольдса: Re2 = G2/[0,785dвн(n/z)2 = 15,4/[0,7850,016(90/2)0,84210-3 = 32360. Режим движения турбулентный в этом случае критерий Нуссельта: Nu2 = 0,021Re20,8Pr20,42(Pr2/Prст2)0,25, где Рr2 = 5,76 – критерий Прандтля для воды при 27,5 С [1c.537]. Принимаем в первом приближении отношение (Pr2/Prст2)0,25 = 1, тогда Nu = 0,021323600,85,760,43 = 180,8. 2 = 180,80,611/0,016 = 6904 Вт/м2К. 3.7. Коэффициент теплоотдачи от анилина к стенке: EMBED Equation.3 , где 1 = 872 кг/м3 – плотность анилина [1c.512], 1 = 0,3210-3 Пас – вязкость анилина [1c.516], 1 = 0,154 Вт/(мК) – теплопроводность [1c.561] Физико-химические свойства анилина взяты при температуре конденсации 184 С. 1 = 3,780,154[87220,02090/(0,32010-32,22)]1/3 = 724 Вт/(мК). 3.8. Тепловое сопротивление стенки: EMBED Equation.3 где ст = 0,002 м – толщина стенки трубки; ст = 17,5 Вт/мК – теплопроводность нержавеющей стали [1 c.529]; r1 = r2 = 1/5800 мК/Вт – тепловое сопротивление загрязнений сте- нок [1 c/531]; (/) = 0,002/17,5 + 1/5800 + 1/5800 = 4,610-4 мК/Вт. 3.9. Коэффициент теплопередачи: K = 1/(1/1+(/)+1/2) = 1/(1/6904+4,610-4+1/724) = 504 Вт/м2К. Температуры стенок: tст1 = tк – Кtср/1 = 184,0 – 504156,5/724 = 75,1 С, tст2 = tср2 + Кtср/2 = 27,5 + 504156,5/6904 = 38,9 С. Уточняем коэффициенты теплоотдачи. Температура пленки конденсата: tпл = (tк+tст1)/2 = (184+75,1)/2 =129,6 С. Физико-химические свойства анилина при температуре пленки 129,6 С. 1 = 922 кг/м3 – плотность [1c.512], 1 = 0,44010-3 Пас – вязкость [1c.516], 1 = 0,163 Вт/(мК) – теплопроводность [1c.561] 1 = 3,780,163[92220,02090/(0,44010-32,22)]1/3 = 716 Вт/(мК). Критерий Прандтля для воды при tст2 = 38,9  Prст2 = 4,43 [1c.537] 2ут = 2(Pr/Prст2)0,25 = 6904(5,76/4,43)0,25 = 7372 Вт/м2К. Уточняем коэффициент теплопередачи: K = 1/(1/7372+4,610-4+1/716) = 502 Вт/м2К. Температуры стенок: tст1 = tк – Кtср/1 = 184,0 – 502156,5/716 = 74,3 С, tст2 = tср2 + Кtср/2 = 27,5 + 502156,5/7372 = 38,2 С. Полученные значения близки к ранее принятым и дальнейших уточнений не требуется. Поверхность теплообмена: F = Q/Ktср = 969,0103/502156,5 = 12,3 м2 Выбираем теплообменник с ближайшей большей поверхность тепло- Обмена: 2х ходовой теплообменник с длиной труб 3 м, у которого по- верхность теплообмена 17 м2 [2 c.51]. Конструктивный расчет 4.1. Толщина обечайки:  = DP/2 +Cк, где D = 0,3 м – внутрений диаметр аппарата; P = 0,1 МПа – давление в аппарате;  = 138 МН/м2 – допускаемое напряжение для стали [2 c.76];  = 0,8 – коэффициент ослабления из-за сварного шва [2 c.77]; Cк = 0,001 м – поправка на коррозию.  = 0,30,1/21380,8 + 0,001 = 0,002 м. Согласно рекомендациям [3 c.24] теплообменник изготовляется из труб диаметром 32512, т.о. толщина обечайки = 12 мм. 4.2. Днища. Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78 [3 c.25], толщина стенки днища 1 = = 12 мм. 80 25 325 Рис. 3 Днище теплообменника 4.3. Штуцера. Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле: d = EMBED Equation.3 , где G – массовый расход теплоносителя,  - 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, тогда диаметр штуцера для входа паров анилина Плотность паров анилина при температуре конденсации: EMBED Equation.3 , где М = 93 – молекулярная масса анилина Т0, Р0 – температура и давление в нормальных условиях. 1 = 93273101/(22,4457101) = 2,48 кг/м3. d1 = (2,22/0,785252,48)0,5 = 0,183 м, принимаем d1 = 150 мм; диаметр штуцера для выхода конденсата: d2 = (2,22/0,7852,5922)0,5 = 0,035 м, принимаем d2 = 40 мм; диаметр штуцера для входа и выхода воды: d3,4 = (15,4/0,7852,5996)0,5 = 0,088 м, принимаем d3,4 = 80 мм. Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже: EMBED KompasFRWFile Рис. 5 Фланец штуцера Опоры аппарата. Максимальная масса аппарата: Gmax = Ga+Gв = 740+212 = 952 кг = 0,009 МН, где Ga = 740 кг – масса аппарата [2 c.56] Gв – масса воды заполняющей аппарат. Gв = 10000,7850,3023 = 212 кг Принимаем, что аппарат установлен на двух опорах, тогда нагрузка приходящаяся на одну опору: Gоп = 0,009/2 = 0,0045 МН По [4 c.673] выбираем опору с допускаемой нагрузкой 0,01МН. EMBED KompasFRWFile Рис. 6 Опора аппарата. 5. Гидравлический расчет 5.1. Скорость воды в трубах: wтр = G2z/(0,785dвн2n2) = 15,42/(0,7850,016290996) = 1,71 м/с. 5.2. Коэффициент трения: EMBED Equation.3 , где е = /dвн = 0,2/16 = 0,0125 – относительная шероховатость,  = 0,2 мм – абсолютная шероховатость.  = 0,25{lg[(0,0125/3,7)+(6,81/32360)0,9]}-2 = 0,041. Скорость воды в штуцерах: wшт = G2/(0,785dшт22) = 15,4/(0,7850,082996) = 3,07 м/с Гидравлическое сопротивление трубного пространства: EMBED Equation.3 = 0,0413,021,712996/(0,0162) + [2,5(2-1)+22]1,712996/2 + 33,072996/2 = = 34741 Па 5.5. Подбор насоса для воды. Объемный расход воды и напор, развиваемый насосом: Q2 = G2/2 = 15,4/996 = 0,015 м3/с, Н = Ртр/g + Н = 34741/9969,8 + 3 = 6,6 м. По объемному расходу и напору выбираем центробежный насос Х90/19 [2 c.38], для которого Q = 0,025 м3 и Н = 13,0 м [2 c.20]. Литература Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И.Дытнерского. М.:Химия, 1983. 272 с. Разработка конструкции химического аппарата и его графической мо- дели. Методические указания. – Иваново, 2004. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры – Л. «Машиностроение», 1975.

Розрахункова робота Інші

01.01.1970 03:01-

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