Подбор нормализованного теплообменника для охлаждения хлороформа

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ, ПОДГОТОВКИ И РАССТАНОВКИ КАДРОВ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)

АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)

«РЕГИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ В Г. МИРНОМ»

«Переработка нефти и газа» группа ПНиГ-10/9

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Студент:

Птицын Ю.Е.

Руководитель проекта:

Решетилов Д.В.

Мирный 2013



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТЕПЛООБМЕННИКА

2.1 Обоснование выбора теплообменника

2.2 Технологический расчет и ориентировочный выбор теплообменного аппарата

2.3 Уточненный расчет и выбор нормализованного аппарата

2.4 Расчёт и выбор стандартных штуцеров

2.5 Расчет и выбор тепловой изоляции

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

В процессах нефти - и газопереработки для обеспечения необходимой температуры в аппаратах требуется подводить или отводить тепло. Для этого на технологических установках широко используются специальные аппараты, называемые теплообменниками (нагреватели, испарители, кипятильники, холодильники, конденсаторы и др.).

От правильного выбора типа и конструкции теплообменных аппаратов, применяемых на тех или иных технологических установках, во многом зависят показатели работы всего производства. Высокая эффективность работы теплообменных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели.

Цель курсового проекта: рассчитать и подобрать нормализованный теплообменник для охлаждения хлороформа.



1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

В аппаратах, предназначенных для нагрева или охлаждения, происходит теплообмен между двумя потоками, при этом один из них нагревается, а другой охлаждается. Применительно к нефтегазоперерабатывающей промышленности теплообменные аппараты классифицируются по способу передачи тепла и назначению.

В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на следующие группы.

Поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется через поверхность, разделяющую эти среды.

Аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами происходит при их непосредственном контакте.

Теплообменники, в которых один поток нагревается за счет использования тепла другого, получаемого в технологическом процессе и подлежащего в дальнейшем охлаждению.

Нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или частичное испарение осуществляется за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов или специальных теплоносителей (водяной пар, масло и др.).

Холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения по-тока или конденсации паров с использованием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.).

Кристаллизаторы, предназначенные для охлаждения соответствующих жидких потоков до температур, обеспечивающих образование кристаллов некоторых составляющих смесь веществ.

Перенос теплоты осуществляется тремя способами:

1. Теплопроводность - передача тепла микрочастицами, т.е. молекулами, атомами, ионами, теплопроводность характерна для твердых тел, а для жидкости газа и пара в неподвижном состоянии.

2. Конвекция - способ передачи тепла за счет движения потоков теплоносителей. Способ характерен для жидкостей газов и паров.

Различают свободную (естественную) и вынужденную конвенцию.

Свободная конвекция перемещение жидкости за счет разности температур.

Вынужденная конвекция движение осуществляется за счет вынужденной работы.

3. Тепловое излучение - способ переноса теплоты за счет электромагнитных волн инфракрасный области.

Они отличаются по своей природе, имеют различные механизмы и закономерности.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками. Такие аппараты имеют цилиндрический кожух 2, в котором расположен пучок теплообменных труб 3. Трубные решетки 5 с развальцованными трубками крепятся к кожуху аппарата. С одного конца теплообменный аппарат закрыт распределительной камерой 1, с другого -- крышкой 6.

Аппарат оборудован штуцерами для теплообменивающихся сред; одна среда идет по трубкам, другая проходит через межтрубное пространство.

В зависимости от числа перегородок в распределительной камере кожухотрубчатые теплообменные аппараты делятся на одно-, двух- и много-ходовые в трубном пространстве; аппараты многоходовые в межтрубном пространстве с продольными перегородками; аппараты с поперечными перегородками сегментными, секторными, кольцевыми и др.

Существенное различие между температурами трубок и кожуха в этих аппаратах приводит к большему удлинению трубок по сравнению с кожухом, что обусловливает возникновение напряжения в трубной решетке 5 и может привести к нарушению плотности вальцовки труб в решетке и попаданию одной теплообменивающейся среды в другую. Поэтому теплообменники этого типа применяют при разнице температур теплообменивающихся сред, проходящих через трубки и межтрубное пространство, не более 50° и при сравнительно небольшой длине аппарата.

Очистка межтрубного пространства подобных аппаратов сложна, поэтому теплообменники такого типа применяются в тех случаях, когда среда, проходящая через межтрубное пространство, является чистой, не агрессивной, т.е. когда нет необходимости в чистке. Достоинством аппаратов этого типа является простота конструкции и, следовательно, меньшая стоимость. В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные аппараты горизонтального и вертикального типа.



2. РАСЧЕТ И ВЫБОР ТЕПЛООБМЕННИКА

2.1 Обоснование выбора теплообменника

В нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности наибольшее распространение получили поверхностные рекуперативные теплообменные аппараты, позволяющие осуществить теплообмен без смешения потоков теплоносителей. Из аппарата этой группы в нефтепереработки наиболее широко применяются кожухотрубчатые теплообменные аппараты.

От правильного выбора типа и конструкции теплообменных аппаратах, применяемых на тех или иных технологических установках, во многом зависят показатели работы всего производства. Высокая эффективность работы теплообменных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс. Достоинством аппаратов этого типа является простота конструкции и, следовательно, меньшая стоимость, а также компактность и маслоемкость.

2.2 Технологический расчет и ориентировочный выбор теплообменного аппарата

Выбор (холодного) горячего теплоносителя и расчет теплообменного аппарата. Для охлаждения хлороформа выбираем холодную воду.

У воды самый высокий коэффициент теплоотдачи. Она не токсична, её можно транспортировать на большие расстояния.

Исходя из исходных данных хлороформа t1Hач.= 90°C, t1Кон.= 35°С,

вода t2Hач. принимаем 10°С, t2Кон. принимаем = 50°С.

Если температура теплоносителей постоянная, то движущая сила равна разности температур ?t = (t1-t2).

В подавляющем большинстве температура изменяется вдоль поверхности теплообмена. В промышленных теплообменных аппаратах применяют следующие схемы движения теплоносителей:

В проектируемом теплообменнике, для движения теплоносителя выбираем противоток, так как при противотоке увеличивается теплоотдача.

Составляем температурный график движения теплоносителей:

Технологический расчет ориентировочный выбор теплообменного аппарата.

Если теплоносители не изменяют агрегатное состояние, то уравнение теплового баланса имеет вид:

,

- количество нагреваемого и охлаждаемого агента.

Qn - количество теплоты потерянного в окружающую среду.

Ср1 и Ср2 - удельная теплоемкость горячего и холодного теплоносителя, находящегося при средней температуре.

t1нач.,t2нач.- начальные t горячего и холодного теплоносителя.

t1кон.,t2кон.- конечные t горячего и холодного теплоносителя.

Находим среднюю t горячего и холодного теплоносителей:

,

,

,

,

Где , - средняя t горячего и холодного теплоносителя

При расчете теплового баланса необходимо знать удельные величины теплоемкости Ср. Удельная теплоемкость Ср - это количество тепла необходимое для нагрева или охлаждения 1 кг вещества на 10C (Дж/кг)

Удельная теплоёмкость (Ср) рассчитывается при по уравнению линейной интерполяции.

Уравнение линейной интерполяции:

,

Где y- const, которую необходимо рассчитать при температуре X

Yi+1, yi - последнее и предыдущее значение const.

Xi+1, xi - последнее и предыдущее значение температуры, 0С

Ср1 и Ср2 - удельная теплоемкость горячего и холодного теплоносителя, находящегося при средней температуре.

Находим

,

Для того, чтобы рассчитать тепловой баланс, необходимо рассчитать расход массовый расход холодного теплоносителя и удельную теплоемкость.

(Ср) - воды и дихлорэтана рои их tср, методом линейной интерполяции.

Находим удельную теплоемкость горячего и холодного теплоносителя:

,

,

,



,

,

,

Зная теплоемкость теплоносителей, определим массовый расход G1

,

Зная удельную теплоемкость и расход теплоносителя, рассчитываем тепловой баланс:

,

,

Для противотока рассчитывается средняя разность t теплоносителей, которые являются движущей силой теплопередачи. Если теплоносители не изменяют агрегатное состояние рассчитывают как среднелогарифмическую и имеет вид:

,

Где -средняя разность температур на краях теплообменного аппарата -разностьи - разность

ln - логарифм натуральный



,

,

,

,

,

,

,

Рассчитаем ориентировочную поверхность теплообменного аппарата:

,

Где ,Fор. - ориентировочная поверхность теплообменного аппарата(м3)

Кор.- ориентировочной коэффициент теплопередачи, который выражает скорость переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному.

,

Выбираем теплообменный аппарат с близкими параметрами из таблицы по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79, 15122-79. Аппарат с близкой поверхностью двухходовой F=.

Таблица Основные характеристики теплообменого аппарата

Диаметр кожуха внутренний D, мм	Число труб n	Длина труб м.	Проходное сечение, м2	Диаметр труб
			STЧ10-2	SмЧ10-2
600	240	4	4,3	4,5	25



Наиболее загрязненный теплоноситель вода направляют в трубное пространство так как замена труб, наиболее экономически выгодна, чем замена кожуха аппарата, а болеее чистый в межтрубное пространство.

2.3 Уточненный расчет и выбор нормализованного аппарата

Находим объемную скорость горячего и холодного теплоносителей:

(м3/с)

Где V1,V2 - объёмная скорость горячего и холодного теплоносителя.

11. Рассчитываем (плотность) горячего и холодного теплоносителя:

-масса жидкости заключенная в единицу объема .

,

,

,

,

,

,

,

,

Находим массовую скорость горячего и холодного теплоносителя:

,



,

, - массовая скорость, которая представляет собой количество жидкости, проходящую через единицу поперечного сечения потока в единицу времени.

- сечение межтрубного пространства (табличные данные) теплообменный аппарат штуцер изоляция

- сечение трубного пространства (табличные данные)

,

,

Рассчитываем критериальное уравнение Рейнольдса для горячего и холодного теплоносителя.

Критерии Рейнольдса показывают гидродинамический режим движения жидкости:

,

Где, -это характерный линейный размер, который рассчитывается.

- динамическая вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление движению.

,

мм

Находим вязкость хлороформа

,

,

,

,

Рассчитываем критерии для горячего и холодного теплоносителя (показатель гидродинамического режима)

,

Находим вязкость воды

,

,

,

Рассчитываем критерии Прандля (Pr)

,

,

?62,5 (хлороформ) теплоемкость т.о коэффициент лямбда выражает скорость переноса теплоты теплопроводностью.

при Ч1,16=0,11252 вт/мЧград

при = 0,088Ч1,16=0,10208 вт/мЧград



,

? (вода)

при Ч1,16=0,5974вт/мЧград

При = 0,545Ч1,16=0,6322вт/мЧград

,

,

,

Рассчитываем критерии Нуссельта (Nu), который характеризует процесс теплообмена между

,

,

,

17.Вычисляем коэффициент горячего и холодного теплоносителя

,

- коэффициент теплоотдачи, который характеризует скорость конвективного теплообмена и показывает, какое количество

Коэффициент теплоотдачи которой характеризует скорость конъюнктивного теплообмена и показывает какое количества тепла отдает стенка с поверхностью 1 метр 2 в окружающую среду за 1 час при разности температур в 10С



Вт/м2,

Вт/м2

Вычисляем коэффициент теплопередачи

,

,

Рассчитываем необходимую поверхность теплообмена

F=;

F=м3

2.4 Расчёт и выбор стандартных штуцеров

=;

=

=

=

Выбираем по ГОСТ D1 =250мм и D2 =250мм



2.5 Расчет и выбор тепловой изоляции

Целью расчёта тепловой изоляции является определение толщины слоя теплоизоляционного материала, покрывающего наружную поверхность теплообменника с целью снижения тепловых потерь и обеспечение требований безопасности и охраны труда при обслуживании теплоиспользующих установок. Тепловой изоляцией покрывают наружную поверхность аппарата.

При выборе толщины изоляции следует исходить из допустимых потерь тепла или допустимой t°С стенки с учётом стоимости самой изоляции.

Для изоляции теплообменника выбираем минеральную вату.

Рассчитываем в - толщину слоя тепловой изоляции по уравнению:

,

где ?ст. - теплопроводность слоя изоляции, Вт/м2ЧК ;

tст.1 - средняя t°C теплоносителя в межтрубном пространстве, °С;

tст2 - t°C поверхности наружного слоя изоляции, °С;Fн - поверхность теплообменника из нержавеющей стали, м3;

Qп - потери в окружающую среду.

Fн = рЧDкожЧLтр

Dкож =400мм=0,4м

Qп = 0,04

?ст = 0,05 Вт/м2ЧК (справочные данные)

tст1= 60°С

tвозд= 25°С



Fн = 3,14Ч0,4Ч4=5,024 м3

м=0,7мм

Диаметр кожуха внутренний D, мм	Число труб n	Длина труб м.	Проходное сечение, м2	Диаметр труб
			STЧ10-2	SмЧ10-2
600	240	4	4,3	4,5	25



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте на тему посчитать и подобрать нормализованный теплообменник для охлаждения хлороформа. Выполнен технологический и утончённый расчёт поверхностей аппарата, а так же расчёт стандартных штуцеров и толщины тепловой изоляции.

Выбранный теплообменник имеет следующие данные:

Диаметр кожуха Dкож=600 мм

Диаметр труб dтр=25Ч2 мм

Общее Число ходов=2

Длина труб L=4 м

Общее количество труб - 240 шт

Поверхность теплообменника F=57,8м3

Толщину слоя тепловой изоляции

Диаметр стандартных штуцеров выбираем по ГОСТ D1 =250мм и D2 =250мм



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кутепов А.М. Практикум по процессам и аппаратам химической технологии. Изд. 2-е, перераб./ сост.: А.М. Кутепов, Д.А. Баранов, В.В. Бутков, А.З. Волынец, А.В. Вязьмин, А.С. Жихарев, В.А. Орлов, О.В Пирогова, Г.Я. Рудов, И.И. Сидельников, Г.П. Соломаха, И.В. Чепура; под общей редакцией А.М. Кутепова и Д.А. Баранова; Фед. агентство по образованию, Мос. гос. ун-т инж. экологии, кафедра «Процессы и аппараты химической технологии». - М.: МГУИЭ, 2005. - 328 с.

2. Молоканов Ю. К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки: Учебник для техникумов. - М., Химия, 1980. - 408 с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2 - е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. - 496 с.

4. Сарданашвили А.А., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа, М.: Химия, 1980. 254 с.

5. Скобло А.И., Молоканов Ю.К, Владимиров А.И., Щелкунов В.А. С44 Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ООО «НедраБизнесцентр», 2000. - 677 с.

6. Технологические расчеты установок переработки нефти: Учеб. Пособие для вузов/ Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов, Р.А. и др. М.: Химия, 1987. 362 с.

Размещено на Allbest.ru