Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• Расчетная часть
• 1. Тепловой расчет
• 2. Расчет движущей силы теплопередачи
• 3. Ориентировочный расчет поверхности теплопередачи
• 4. Выбор аппарата
• 5. Определение параметров для трубного пространства - уксусная кислота
• 5.1 Коэффициент теплоотдачи в зонеI - зона нагревание кислоты
• 5.2 Коэффициент теплоотдачи в зонеII-зонаиспарение кислоты
• 6. Определение параметров межтрубного пространства - пар
• 7. Уточненная поверхность теплообмена
• 8. Расчет гидравлического сопротивления в трубном пространстве
• 9. Расчет гидравлического сопротивления для межтрубного пространства
• 10. Расчет прочности испарителя
• 10.1 Расчет на прочность корпуса
• 10.2 Расчет на прочность эллиптического днища
• Заключение
• Список литературы

Введение

Теплообменная аппаратура широко применяется в химической технологии в различных процессах нагревания, охлаждения растворов, жидкостей, конденсации пара, испарения жидкости.

Теплообменники должны отвечать таким требованиям, как высокая тепловая производительность и экономичность в работе при обеспечении заданных технологических условий процесса, простота конструкции, ее компактность, удобство монтажа и ремонта, надежность в работе, техническое и эстетическое соответствие времени, согласование требованиям охраны труда и техники безопасности.

При конструировании необходимо находить оптимальные решения, учитывающие требования обеспечения разборки рабочей части аппарата и герметичности системы каналов, возможно высоких коэффициентов теплопередачи за счет повышения скорости движения рабочей среды при минимальных гидравлических потерях в аппарате.

В химических производствах до 70% теплообменных аппаратов

применяют для сред жидкость -- жидкость и пар -- жидкость при давлении до 1 МПа и температуре до 200 °С. Для указанных условий разработаны и серийно изготовлены теплообменные аппараты общего назначения кожухотрубчатого и спирального типов.

Кожухотрубчатые теплообменники в настоящее время являются самыми распространенными теплообменными аппаратами. Они обеспечивают высокую теплопроизводительность, большую поверхность теплопередачи.

Наиболее целесообразно применение кожухотрубчатых теплообменников для парожидкостного теплообмена.

В этом случае пар конденсируется в межтрубном пространстве, обеспечивая равномерность температуры и высокий коэффициент теплоотдачи, а раствор или жидкость пропускается по трубному пространству, в котором можно достичь высокой скорости движения, создать турбулентный режим, тем самым повысить интенсивность теплообмена. Для компенсации разности тепловых удлинений при значительной разности температур стенок и корпуса в теплообменниках устанавливают компенсационные устройства: линзовые, сальниковые, сильфонные, мембранные, выполняют теплообменники с плавающей головкой, с U-образными трубками, трубками Фильда.

Наиболее простым компенсатором тепловых удлинений является линзовый компенсатор, устанавливаемый на корпусе теплообменника и позволяющий греющим трубкам удлиняться в определенных пределах без остаточных деформаций. Теплообменники с линзовыми компенсаторами применимы при сравнительно низком давлении(до1 МПа) в межтрубном пространстве.

Расчету кожухотрубчатого парожидкостного теплообменника посвящена данная работа.

Расчетная часть

Физико-химические свойства:

Уксусная кислота

Водяной пар

кожухотрубчатый парожидкостный теплообменник

1. Тепловой расчет

Схема процесса:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зоны:

I - нагревание кислоты до tисп.(конденсация водяного пара)

II - испарение кислоты до tисп.(конденсация водяного пара)

Расход водяного пара определяем из теплового баланса:

Количество тепла образующееся при испарении кислоты:

Количество тепла образующееся при нагревании кислоты:

Общая тепловая нагрузка

2. Расчет движущей силы теплопередачи

Средняя разность температур для зоны нагревания уксусной кислоты:

Движущая сила нагревания кислоты:

Средняя разность температур для зоны испарения уксусной кислоты:

3. Ориентировочный расчет поверхности теплопередачи

Поверхность теплообмена для зоны нагревания кислоты:

коэффициент теплопередачи, выбираем по таблице 2.1

Поверхность теплообмена для зоны испарения кислоты:

коэффициент теплопередачи, выбираем по таблице 2.1

Общая ориентировочная поверхность теплообмена:

4. Выбор аппарата

Выбираем по таблице 2.9 кожухотрубчатый испаритель ГОСТ 15119-79. Параметры аппарата:

В трубном пространстве находится уксусная кислота, т. к. она является испаряемой средой. Тогда водяной пар в межтрубном пространстве, т. е. греющая среда.

5. Определение параметров для трубного пространства- уксусная кислота

5.1 Коэффициент теплоотдачи в зонеI - зона нагревание кислоты

Критерий Рейнольдса:

-эквивалентный диаметр

Критерий Прандля:

Критерий Нуссельта по рис. 4.1

Принимаем

Коэффициент теплоотдачи:

5.2 Коэффициент теплоотдачи в зонеII-зонаиспарение кислоты

Коэффициент теплоотдачи при испарении кислоты в трубах:

- температура кипения кислоты;

- кинематическая вязкость кислоты;

- динамическая вязкость кислоты при tкип;

-плотность кислоты при tкип;

- коэффициент теплопроводности кислоты при tкип;

М=60 кг/к моль- молярная масса кислоты

Р0=- давление при нормальных условиях.

Рраб.=- давление при рабочих условиях.

- температура при нормальных условиях

tраб= -температура при рабочих условиях

6. Определение параметров межтрубного пространства - пар

Зона конденсации

Коэффициент теплоотдачи при конденсации на наружной поверхности вертикальных труб:

7. Уточненная поверхность теплообмена

Сумма термических сопротивлений стенки труб из стали и загрязнений

-толщина стенки;

-коэффициент теплопроводности нержавеющей стали выбираем из табл. XXVIII;

-тепловая проводимость загрязнений стенки со стороны кислоты выбираем из табл. 2.2;

-тепловая проводимость загрязнений стенки со стороны водяного пара выбираем из табл. 2.2;

Уточненный коэффициент теплопередачи для зоны испарения кислоты:

Уточненная поверхность конденсации кислоты:

Уточненный коэффициент теплопередачи для зоны нагревания кислоты:

Уточненная поверхность нагревания кислоты:

Полная уточненная поверхность теплопередачи:

Определение запаса поверхности теплообмена:

Выбранный вертикальный кожухотрубчатый теплообменник подходит с запасом

8. Расчет гидравлического сопротивления в трубном пространстве

Коэффициент трения в трубах:

- относительная шероховатость труб;

- абсолютная шероховатость труб;

Скорость кислоты в штуцерах:

- диаметр условного прохода штуцеров для трубного пространства выбираем из табл. 2.6 ;

Гидравлическое сопротивление трубного пространства:

9. Расчет гидравлического сопротивления для межтрубного пространства

Конденсация паров

Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве:

X=4- число сегментных перегородок

Скорость потока в штуцерах:

-диаметр условного прохода штуцеров для межтрубного пространства выбираем из табл. 2.6

Скорость потока в наиболее узком сечении межтрубного пространства:

- динамический коэф. вязкости водяного пара при 0°С

C=843- коэффициент для пара

Гидравлическое сопротивления пара в межтрубном пространстве:

10. Расчет прочности испарителя

10.1 Расчет на прочность корпуса

Корпус теплообменного аппарата представляет собой цилиндрическую обечайку, нагруженную внутренним избыточным давлением.

Расчет обечайки сводится к определению толщины стенок обечайки и величины допускаемого избыточного внутреннего давления.

Исходные данные

Расчет толщины стенки:

Расчетная толщина стенки обечайки

Исполнительная толщина стенки обечайки

Исполнительная толщина S=0,006м

10.2 Расчет на прочность эллиптического днища

Радиус кривизны в вершине днища:

В результате проектирования кожухотрубчатого испарителя уксусной кислоты водяным паром был выбран конструкции со следующими геометрическими параметрами по ГОСТ 15119-79;

Спроектированный теплообменник обеспечивает достаточный запас поверхности теплообмена.

Список литературы

1. Павлов К. Ф. и др. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов. Л.:Химия,2004-576 с.

2. Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. М.:Химия, 2007-496с.

3. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 2004-783 с.

Размещено на Allbest.ru