Спроектировать кожухотрубный испаритель...(далее все по заданию)

Однако теплообменники небольшого диаметра и значительной высоты не удобны для монтажа, требуют высоких помещений и повышенного расхода металла на изготовление деталей, не участвующих непосредственно в теплообменниках. [2,5]Выбор материалов для изготовления аппарата Основным критерием при выборе конструкционных материалов для химического оборудования являются его коррозионная и эрозионная стойкость в рабочей среде при рабочих температуре и давлении. Учитывая коррозионные свойства бензола и требования к чистоте продукта, примем для изготовления испарителя следующие материалы:- сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5232-72 – крышки, трубки и трубные решётки;- сталь Вст3сп5 ГОСТ 380-2005 – кожух и опоры-лапы.В качестве материала прокладок примем паронит марки ПОН по ГОСТ 481-88, крепёжных деталей сталь 35Х ГОСТ 4543-71.[4]4 Расчетная часть4.1 Тепловой расчет испарителяЗадание: Рассчитать и подобрать нормализованный аппарат конструкции кожухотрубного испарителя с получением G2 = 2500 кг/ч (0,7 кг/с) паров бензола. Греющий агент — водяной насыщенный пар с давлением 0,2 МПа.Кипящий бензол имеет следующие физико-химические характеристики:- температура кипения [7, т.XXXI]- плотность [7, т.IV]- вязкость [7, т.VI]- коэффициент поверхностного натяжения [7, т.IV]- удельная теплоемкость [7, рис.ХI]- теплопроводность [7, рис.Х]- удельная теплота испарения [7,рис.IХ]- плотность паров [3]- вязкость паров [7, т.VII]В качестве теплоносителя используется насыщенный водяной пар давлением 0,2 МПа. Его свойства при указанном давлении:- удельная теплота конденсации [7,рис.LVII]- температура конденсации .[7, рис.LVII]Физико-химические характеристики конденсата при температуре конденсации:- плотность [7, рис.XXIX]- вязкость [7, рис.XXIX]- теплопроводность [7,рис.XXIX]Принимаем аппарат с вертикальными трубами диаметром 25×2 мм; количество 37 (пар движется снаружи труб). Плотность стекания конденсата по наружной поверхности труб определим по формуле:Определим критерий Рейнольдса для пленочного режимаПриведенную толщину пленки вычисляем по формуле:Так как , то расчет ведем по формуле:Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара равен:Для определения коэффициента теплоотдачи к кипящей жидкости определим произведение среднего диаметра пузырьков, возникающих при кипении, на число пузырьков, образующихся в единицу времени, м/с, по формуле:где - плотность пара при атмосферном давлении, кг/м3.Так как жидкость кипит при атмосферном давлении, то Определим величину критериягде - плотность теплового потока, Вт/м2;- теплота испарения бензола, Дж/кг.Критерий Прандтля для бензола равенКритериальное уравнение имеет вид:Тогда коэффициент теплоотдачи для кипящей жидкости можно определить по формуле:Средняя разность температур в теплообменникеПоскольку плотность теплового потока неизвестна, то задаемся несколькими значениями qи строим нагрузочную характеристику. При этом принимаем (со стороны бензола); тогда полное сопротивление при и составляет:q2000030000400001180150517900,001470,00130,0011729,3438,5347,16При .Таким образом коэффициент теплопередачиРисунок 2.1. Нагрузочная характеристикаТепловая нагрузка аппарата составляет:Необходимая поверхность теплообмена равна:Длина труб при расчете по внутреннему диаметру труб составляет:Таким образом, в результате расчета поверхности теплообмена принимаем по ГОСТ-15118-79 вертикальный кожухотрубчатый испаритель с неподвижными трубными решетками, имеющий следующие технологические характеристики [6, табл. 2.3] Диаметр кожуха внутренний, мм 273 Диаметр труб наружный, мм 25 Толщина стенки трубы, мм 2 Длина труб, мм 3000 Число ходов по трубам 1 Общее число труб, шт 37 Площадь сечения одного хода по трубам, м2 0,013 Поверхность теплообмена, м2 9,04.2 Определение диаметра штуцеровДиаметры штуцеров определяют из уравнения расхода:где G - массовый расход потока, кг/с; ρ - плотность вещества потока, кг/м3; w - допустимая линейная скорость, м/с. Величина допустимой скорости потока для расчета диаметра штуцеров (а также трубопроводов и других деталей и узлов химических аппаратов) принимается по опытным данным скорости движения жидкостей и газов (паров) в промышленных условиях:- Маловязкие жидкости (до 0,01 Па·с) при перекачивании насосом 0,5÷3,0- Вязкие жидкости (свыше 0,01 Па·с) при перекачивании насосом 0,2÷1,0- Жидкости (конденсаты) при движении самотеком 0,1÷0,5- Пар насыщенный 15÷25- Пар перегретый (газы) 20÷50- Паро-жидкостный поток в пересчете на однофазный жидкостный поток 0,5÷1,0.В межтрубное пространство испарителя поступает насыщенный водяной пар в количестве G1=0,124 кг/с при давлении 2,0 кгс/см2 и температуре 119,6 0С. Примем ориентировочное значение скорости пара равной w1=20 м/с. Тогда Принимаем dу=100 мм. Уточненное значение скорости в штуцере составит: В межтрубном пространстве испарителя насыщенный водяной пар должен быть полностью сконденсирован. Для соблюдения этого условия образующийся конденсат отводят из аппарата через конденсатоотводчик, обеспечивающий, с одной стороны, быстрый и своевременный отвод конденсата, а с другой - препятствующий уходу с конденсатом части не успевшего сконденсироваться пара (так называемого пролетного пара), предотвращая тем самым его потерю. Конденсат из испарителя уходит самотеком при температуре 119.6 0С. Примем ориентировочное значение скорости w2=0,5 м/с. ТогдаПринимаем dу=100 мм. Уточненное значение скорости в штуцере составит: В трубное пространство испарителя поступает бензол в количестве G=0,7 кг/с при температуре 80,20С.Ориентировочное значение скорости жидкости, поступающей в испаритель, примем равным w3=2,0 м/с,ТогдаПринимаем dу=100 мм. Уточненное значение скорости в штуцере составит: Из испарителя уходит паровая фаза в виде насыщенного пара в количестве G=0,7кг/с (жидкая смесь, входящая в испаритель, полностью испаряется) и при температуре 80,20С. Примем ориентировочное значение скорости w4=25 м/с. ТогдаПринимаем dу=100 мм. Уточненное значение скорости в штуцере составит: 4.3 Гидравлический расчет4.3.1 Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства При пленочной конденсации на наружной поверхности труб основной объем межтрубного пространства занимает пар. Поэтому пучок труб оказывает гидравлическое сопротивление главным образом потоку движения пара. Следовательно, при расчете потерянного давления в межтрубном пространстве необходимо использовать физические параметры насыщенного водяного пара при температуре конденсации. В межтрубном пространстве потери давления можно рассчитать по формуле:Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в межтрубном пространстве: ξмтр1=1,5 - вход или выход потока; ξмтр2=1,5 - поворот через сегментную перегородку.Учитывая, что теплоноситель в межтрубном пространстве лишь часть пути движется поперек труб и, кроме того, он может протекать через щели между перегородками и кожухом или трубами, принимают приближенно число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, равным половине числа труб в диагонали шестиугольника «b», которое с достаточной точностью определяется из выражения:где n=37 - общее число труб в пучке теплообменника. Число рядов труб в пучке теплообменника равно числу труб в диагонали шестиугольника. Таким образом, принимаютСопротивление входа и выхода в межтрубное пространство следует определять по скоростям потоков в соответствующих штуцерах. Число сегментных перегородок х = 8Теперь мы имеем все данные, необходимые для расчета потерянного давления в межтрубном пространстве по уравнению, приведенному выше. 4.3.2 Гидравлическое сопротивление трубного пространстваОсновным гидравлическим сопротивлениями на пути движения потоков через испаритель является сопротивления входа и выхода (определяются по скоростям потоков в штуцерах) и сопротивление (давления), которое оказывает паро-жидкостный слой в трубном пучке испарителя. Тогда расчетная формула для определения потерянного давления в трубном пространстве испарителя будет иметь вид:где ξ3=ξ4=1,5 - коэффициенты местных сопротивлений на входе в трубное пространство и выходе из него- плотность паро-жидкостного столба в пучке труб. Подставляя числовые значения приведенных величин в расчетную формулу, получим:4.4 Механический расчет4.4.1. Толщину обечайки определим по формулегде – коэффициент прочности продольного сварного швас — прибавка к номинальной толщине стенки:где с1 - прибавка на коррозию. Принимаем с1 = 2 мм.с2 - технологическая прибавка. Принимаем с2 = 0 мм.с3 - прибавка на округление размера. Принимаем с3 = 0 мм.Подставив числовые значения в формулу, получим:Исполнительную толщину стенки примем 4 ммПроверим условие применимости расчётных формул. Для обечаек при мм должно выполняться условиеУсловие выполняется. [1,4]4.4.2. Толщину эллиптического днища (крышки) определим по формуле4.4.3. Определим толщину трубной решеткиКоэффициент ослабления решеткигде Z =5 – число труб на диаметр.Номинальная расчетная высота в центре решеткиПримем толщину решетки 10 мм.4.4.4. Толщина фланцаВысота сварного шва 4.4.5. Расчет опорыРассчитаем общий вес аппарата.Масса аппаратаМасса крышкиМасса трубокМасса трубной решеткиМасса фланца обечайкигде диаметр фланца ; высота фланца .Масса патрубка Масса бензолагде - объем трубного пространства.Общий вес аппарата Нагрузка на одну опоруВыбираем опору типа лапы ОСТ 26-665-79 тип 1Рисунок 4.1. Опоры для вертикальных аппаратов ОСТ 26-665-79 тип 1Ее размеры:а=75 мм; а1= 95 мм; в= 95 мм; h= 140 мм.ЗаключениеВ курсовом проекте в соответствии с заданием рассмотрены теоретические основы процесса теплообмена, приведены свойства бензола, проведено технико-экономическое обоснование выбора конструкции аппарата и материалов для его изготовления, приведено описание конструкции испарителя. В расчетной части проекта выполнены технологический, гидравлический и механический расчеты аппарата, а также расчет штуцеров для технологических потоков, входящих и покидающих аппарат.Список использованной литературы1. ГОСТ Р52827.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета прочность. Общие требования.2. Бажан, П.И. Справочник по теплообменным аппаратам./П. И.Бажан, Г. Е. Каневец, В.М.Силеверстов.- Машиностроение,1989,-366.3. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М. ООО «Старс, 2006.- 708с.4. Воробьева, Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. / Г.Я.Воробьева - М.: Химия, 1975.- 816 с.5. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г.Касаткин.- М.: Химия, 1987-780с.6. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. / Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Альнс,2008.- 494с. .7. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. / К.Ф.Павлов, П.Г. Романков, А.А.Носков. - М.: РусмедиаКонсалт, 2004.- 576с.8. Химическая энциклопедия. /Под ред. И.Л.Кнунянца. В 5-ти томах. т.1 — М.: Советская энциклопедия,19889. www.chemistry-expo.ruСодержаниеВведение.…...…….……..……..……..……..……..…..…….……..……..…….31 Физико-химические свойства перерабатываемых веществ……………….52 Литературный обзор.………….…….……..……..…….………….…….…..72.1 Теоретические основы процесса.…..……..………….…..…….……….72.2 Характеристика теплообменных аппаратов……..…..…….…………...93 Устройство и работа проектируемого аппарата..…………………………..174 Расчетная часть..……………………………………………………….…….244.1 Тепловой расчет испарителя.………….……..……………………..…...244.2 Определение диаметра штуцеров.……………..………………….…….294.3 Гидравлический расчет..……………………..…………………….…….324.4 Механический расчет..…..…………..……..…………………………….34Заключение.……………………………………….…….…..…………..………40Список использованной литературы.…………………………………………41