Федеральноеагентство по образованию РФ
Государственноеобразовательное учреждение
Высшегопрофессионального образования
«Томскийполитехнический университет»
Химико-технологическийфакультет
Кафедра ТООС
Группа З5Э31
КОЖУХОТРУБЧАТЫЙТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ СМЕСИ
АЦЕТОН –ВОДА ДО ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ
(вариант № 4)
Пояснительнаязаписка к курсовому проекту по дисциплине
«Гидравлика итеплотехника»
Руководитель проекта
доцент Гусева Ж.А.
Исполнитель проекта
студент Кудрявцева Ю.А.
Томск 2007
Федеральноеагентство по образованию РФ
Государственноеобразовательное учреждение
Высшегопрофессионального образования
«Томскийполитехнический университет»
Задание №4
на расчетнуюиндивидуальную работу по дисциплине
“Гидравлика итеплотехника”
Выдано студенту: КудрявцевойЮ.А.
1.Тема: Расчеттеплообменника кожухотрубчатого
2. Срок сдачи законченнойработы
3. Исходные данные кзаданию:
Мольная доля р-ра по нк — 40%;
Расход — 22 т/ч;
Начальная температурараствора – 22С;
Давление в трубномпространстве – 1,6 ата;
Раствор – ацетон+вода;
Давление греющеговодяного пара подобрать самостоятельно.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ
1.1 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РАСЧЁТ
1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ПРИ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
1.3 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС
1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРИЕНТИРОВОЧНОЙТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И ПОДБОР НОРМАЛИЗОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПО СТАНДАРТАМ
1.5 УТОЧНЁННЫЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙПОВЕРХНОСТИ
1.6 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
3. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
3.1 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ОБЕЧАЙКИ
3.2 РАСЧЁТ И ПОДБОР ШТУЦЕРОВ
3.3 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ТРУБНОЙ РЕШЁТКИ
3.4 РАСЧЁТ ОПОР АППАРАТА
3.5 РАСЧЁТ И ПОДБОР ДНИЩА И КРЫШКИАППАРАТА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Теплопередача – это наукао процессах распространения теплоты. Различают три различных способа переносатеплоты: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. В реальныхустановках теплота передаётся комбинированным путём, однако вклад этих трёхсоставляющих в общий перенос теплоты неодинаков и определяется многимиусловиями: природой теплоносителя, агрегатным состоянием, температурным игидродинамическим условиям и т.д.
В промышленноститеплообмен между рабочими телами (теплоносителями) происходит в специальносконструированных аппаратах, которые называются теплообменниками. Они должныотвечать определённым общим требованиям: обладать высокой тепловойпроизводительностью и экономичностью, обеспечивать заданные технологическиеусловия процесса, быть просты по конструкции, компактны, обладать современнымтехническим и эстетическим дизайном, иметь длительный срок службы,соответствовать требованиям СНИП и ведомственным правилам Госгортехнадзора.Особые требования предъявляются к обеспечению надёжности работы аппаратов,возможности автоматического регулирования режимно-технологических параметров иаварийного отклонения.
В химической технологиитеплообменные аппараты довольно широко распространены, применяются в различныхпроизводствах легкой и тяжелой промышленности. Для обеспечения того или иноготехнологического процесса применяются различные типы теплообменных аппаратов.Основную группу теплообменных аппаратов, применяемых в промышленности,составляют поверхностные теплообменники, в которых теплота от горячеготеплоносителя передается холодному теплоносителю через разделяющую их стенку.Другую группу составляют теплообменники смешения, в которых теплота передаетсяпри непосредственном соприкосновении горячего и холодного теплоносителей.
Теплообменные аппаратыклассифицируются:
1. По назначению:
а) холодильники;
б) подогреватели;
в) испарители;
г) конденсаторы.
2. По конструкции:
— изготовленные из труб:
а) теплообменники«труба в трубе»;
б) оросительныетеплообменники;
в) погружныезмеевиковые;
г) теплообменникивоздушного охлаждения;
д) из оребренныхтруб;
е) кожухотрубчатыетеплообменники.
— с неподвижной трубнойрешеткой;
— с линзовымкомпенсатором;
— с плавающей головкой;
— с U-образными трубами.
3. По направлениюдвижения теплоносителя:
а) прямоточные;
б) противоточные;
в) с перекрестнымдвижением.
Кожухотрубчатыетеплообменные аппараты используются для практической реализации такихпроцессов, как нагревание (охлаждение), конденсация и испарение. Соответственноаппараты называются теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями.
Теплообменникипредназначены для проведения процесса теплообмена между теплоносителями,которые не изменяют своего агрегатного состояния в процессе теплообмена: этогазо-жидкостные и жидкостно-жидкостные аппараты для проведения процессов охлажденияи нагревания.
Холодильникипредназначены для охлаждения водой или другими нетоксичными, не пожаро- и невзрывоопасными хладагентами жидких и газообразных сред. Работают, как правило,в области минусовых температур.
В соответствии с ГОСТ15120-79, ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15122-79 кожухотрубчатые теплообменники ихолодильники изготавливают двух типов: «Н» — с неподвижными трубными решёткамии «К» — с компенсатором температурных напряжений на кожухе.
Необходимостьиспользования компенсатора определяется предельно-допустимой разностьютемператур стенок труб и кожуха, равной 50ºС или сравнительно большойдлиной теплообменных труб (более 6м).
Конденсаторыпредназначены для конденсации насыщенных паров. Обычно конденсацию осуществляютна наружной поверхности пучка труб в межтрубном пространстве. В химическойпромышленности для нагревания жидкостей и газов за счёт теплоты конденсациинасыщенных паров чаще всего используется насыщенный водяной пар.
Испарители предназначеныдля проведения процессов испарения жидкости при кипении. При этом жидкостькипит в трубах, а в межтрубное пространство подаётся греющий агент. Всоответствии со стандартом, кожухотрубчатые испарители в этом случае могут бытьтолько одноходовыми и вертикального исполнения [4].
Из нашего техническогозадания (см. выше) следует, что нам надо подобрать кожухотрубчатыйтеплообменник (подогреватель) для нагревания насыщенным водяным паром смесиэтанол-вода до температуры кипения.
Исходя из условий,которые приведены в техническом задании целесообразно назначить теплообменниктипа ТНВ (теплообменник с неподвижными трубными решётками, вертикальный) ГОСТ15122-79.
Т.к. эти теплообменникииспользуются при температуре жидких и газообразных сред от -70 до +3500Сот 0,6 до 16 МПа поверхность теплообмена от 1 до 5000 м2 [1].
Достоинства этоготеплообменного аппарата:
а) простота конструкции;
б) непрерывная передачатепла от одного теплоносителя к другому;
в) интенсивный теплообмен.
Недостатки:
а) металлоемкость;
б) температурныедеформации;
в) невозможность разборкии чистки трубного пространства.
В итоге для данногопроцесса необходимо подобрать теплообменник типа ТНВ по ГОСТ 15122-79 и провестидля него тепловой, гидравлический и конструктивно-механический расчёты.
1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ1.1 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РАСЧЁТ
В нашем случаетемпература горячего теплоносителя (греющего водяного пара) не изменяется, атемпература холодного теплоносителя (смеси ацетон-вода) увеличивается вдольповерхности теплопередачи. Зная это, построим температурную диаграмму чистогопротивотока для нагрева смеси ацетон-вода водяным паром (рис. 1).
/>
Рисунок 1.1 – Температурная диаграмма.
Из рис. 1 видим, что />.
На рис.1.1 /> - температура горячего,начальная и конечная температуры холодного теплоносителей соответственно.
Т.к. /> (см. задание накурсовой проект), то нам необходимо найти /> и />.
1) Для нахожденияконечной температуры холодного теплоносителя построим диаграмму состояния смесиацетон-вода в координатах /> (рис. 1.2). Для этого составим таблицурасчёта (табл. 1.1), основываясь на законах [1]:
Рауля
/>, (1.1)
/>, (1.2)
и Дальтона
/>, (1.3)
где /> - общее давление смеси;/>, /> - парциальныедавления низко- и высококипящего компонентов соответственно; /> и /> - давления насыщенныхпаров чистых низко- и высококипящего компонентов; /> - мольная доля низкокипящегокомпонента.
При построении графикаучитываем, что ацетон – низкокипящий компонент, а вода – высококипящий.
Таблица 1.1 — Расчёт для построения графика t-x[1]
t,°С
Pа, мм рт. ст.
Pв, мм рт. ст.
П
/>(из формул 1.1, 1.2 и 1.3) 70 1200 200 1200 1,00 74 1300 250 0,90 78 1500 290 0,75 82 1650 370 0,65 86 1850 440 0,54 90 2000 500 0,47 94 2200 600 0,38 98 2500 680 0,29 102 2650 720 0,25 106 3200 900 0,13 110 3600 1000 0,08 114 4000 1200 0,00
/>
Мольная долянизкокипящего компонента в смеси ацетон-вода – /> (см. задание на проект).
По рис. 1.2 определяем,что при /> />.
2) Зададимсядавлением греющего пара /> МПа. Тогда по [1, табл. LVII] />.
3) Далее по рис.1.1находим />, /> и /> по формулам(1.5), (1.6) и (1.7) соответственно [2]:
/>, (1.5)
/>, (1.6)
/>. (1.7)
4) Определим средниетемпературы теплоносителей – /> и />.
Т. к. />, то [2]:
/>, (1.8)
/>. (1.9)
5) Определяемтемпературы стенок со стороны теплоносителей – /> и /> по формулам (1.10) и (1.11) [3]:
/>, (1.10)
/>. (1.11)
6) Находимтемпературу плёнки конденсата – /> по формуле (1.12) [1]:
/>. (1.12)/>1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙПРИ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
1) Определяемтеплоёмкость холодного теплоносителя при температуре /> по формуле (1.13) [1]:
/>Дж/(кг∙К), (1.13)
где />Дж/(кг∙К) и /> Дж/(кг∙К)– удельные теплоёмкости ацетона и воды соответственно при /> [1, рис. XI].
Необходимо произвестиперерасчёт мольной доли в массовую, а именно по формуле [1]:
/>,
где />г/моль – молярная масса ацетонаи />г/моль –молярная масса смеси.
2) Определяемплотность холодного теплоносителя при температуре /> по формуле (1.14) [1]:
/> кг/м3, (1.14)
где />кг/м3 и /> кг/м3– плотности ацетона и воды соответственно при /> [1, табл. IV].
3) Определяемдинамический коэффициент вязкости холодного теплоносителя при температуре /> по формуле(1.15) [1]:
/> Па·с, (1.15)
где />Па·с и />Па·с – динамическиекоэффициенты вязкости ацетона и воды соответственно при /> [1, табл. IX].
4) Определяемкоэффициент теплопроводности холодного теплоносителя при температуре /> по формуле(1.16) [1]:
/> Вт/(м·К), (1.16)
где />Вт/(м·К) и />Вт/(м·К) –коэффициенты теплопроводности ацетона и воды соответственно при /> [1, рис. X].
5) Определяемтеплоёмкость холодного теплоносителя при температуре /> по формуле (1.17) [1]:
/>Дж/(кг∙К), (1.17)
где />Дж/(кг∙К) и /> Дж/(кг∙К)– удельные теплоёмкости ацетона и воды соответственно при /> [1, рис. XI].
6) Определяемдинамический коэффициент вязкости холодного теплоносителя при температуре /> по формуле(1.18) [1]:
/> Па·с, (1.18)
где />Па·с и />Па·с – динамическиекоэффициенты вязкости ацетона и воды соответственно при /> [1, табл. IX].
7) Определяемкоэффициент теплопроводности холодного теплоносителя при температуре /> по формуле(1.19) [1]:
/> Вт/(м·К), (1.19)
где />Вт/(м·К) и />Вт/(м·К) –коэффициенты теплопроводности ацетона и воды соответственно при /> [1, рис. X].1.3 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС
Составим таблицутеплового баланса для нашего процесса (табл. 1.2):
Таблица 1.2 — Таблица теплового баланса
Приход (Вт)
Расход (Вт)
1. С горячим теплоносителем:
/>;
2. С холодным теплоносителем:
/>.
1. С горячим теплоносителем:
/>;
2. С холодным теплоносителем:
/>;
3. Тепловые потери:
/>
Составляем уравнениетеплового баланса:
/>, (1.20)
или
/>, (1.21)
где /> — тепло, отдаваемоегорячим теплоносителем;
/> — тепло, принятое холоднымтеплоносителем.
Учитывая, что /> — удельнаятеплота конденсация водяного пара при /> и />, а />, получаем:
/>, (1.22)
1) Из выражения(1.22) определим тепловую нагрузку аппарата – /> по формуле (1.23):
/>Вт, (1.23)
где />т/ч/>кг/с (см. задание напроект).
2) Из формулы (1.22)для расхода греющего пара получаем:
/>кг/с, (1.24)
где />Дж/кг [1, табл. LVI]./>1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕОРИЕНТИРОВОЧНОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИИ ПОДБОР НОРМАЛИЗОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПО СТАНДАРТАМ
1) Ориентировочноопределяем теплопередающую поверхность по формуле (1.25) [4]:
/>м2, (1.25)
где />Вт/( м2·К) –ориентировочное значение коэффициента теплопередачи [1, табл. 4.8];
/>.
2) Рассчитываемскорость холодного теплоносителя, обеспечивающую турбулентное течение в трубах(/>), поформуле (1.26) [1]:
/>м/с, (1.26)
где />м – внутренний диаметртруб;
/> Па·с;
/> кг/м3.
3) Рассчитываемориентировочное число труб на один ход трубного пространства для обеспечения турбулизациипотока холодного теплоносителя по формуле (1.27) [1]:
/>, (1.27)
где />/>кг/с.
4) По табл. 4.12 [1]выбираем теплообменник со следующими характеристиками конструкции,удовлетворяющими условиям />и />(табл. 1.3):
Таблица 1.3 — Характеристики теплообменника по ГОСТ 15118-79[1]
Внутренний
диаметр кожуха />, мм
Число
труб на один ход, />
Длина
труб />, м
Пов-сть
теплообмена />, м2
/>
/>,
мм
Трубы
/>,
мм
Число
ходов,
/> /> /> 600 120 4,0 75 16 300 25x2 2
1.5 УТОЧНЁННЫЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
1) Определяемкоэффициент теплоотдачи водяного пара по формуле (1.28) [1]:
/>Вт/(м2·К), (1.28)
где /> - для водяного пара[1];
/>Вт/(м·К) – коэффициенттеплопроводности конденсата пара при /> [1, табл. XXXIX];
/>кг/м3 – плотность конденсатапара при /> ;
/>Па·с – коэффициент динамическойвязкости конденсата пара при /> [1, табл. XXXIX];
/> — общее число труб;
/>кг/с.
2) Уточняем критерийРейнольдса для движения холодного теплоносителя по формуле (1.29) [1]:
/>. (1.29)
3) Определяемкритерий Прандтля для холодного теплоносителя при /> по формуле (1.30) [1]:
/>, (1.30)
где />Дж/(кг∙К);
/>Па·с;
/> Вт/(м·К).
4) Определяемкритерий Прандтля для холодного теплоносителя при /> по формуле (1.31) [1]:
/>, (1.31)
где />Дж/(кг∙К);
/>Па·с;
/> Вт/(м·К).
6) Определяемкритерий Нуссельта для холодного теплоносителя при турбулентном течениижидкости по формуле (1.32) [2]:
/>, (1.32)
где />[1, табл. 4.3].
7) Определяемкоэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя по формуле (1.33) [1]:
/>Вт/(м2·К). (1.33)
8) Определяемрасчётный коэффициент теплопередачи по формуле (1.34) [1]:
/> Вт/(м2∙К), (1.34)
где />(м2∙К) /Вт– сопротивление загрязнений стенки со стороны горячего теплоносителя [1,табл. XXXI];
/> (м2∙К) / Вт –сопротивление загрязнений стенки со стороны холодного теплоносителя [1, табл. XXXI];
/>Вт/(м2∙К) –коэффициент теплопроводности стенки трубы [1, табл. XXVIII].
9) Уточняем площадьтеплопередающей поверхности по формуле (1.35) [1]:
/>м2. (1.35)
10) Определяемпогрешность расчёта по формуле (1.36) [2]:
/>. (1.36)
Т. к. />, то считаемтеплообменник подобранным.1.6 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
1) Принимаем /> — температурастенки кожуха;
/> — температура поверхности слоя изоляции;
/>.
2) Рассчитываемкоэффициент теплоотдачи в окружающую среду по приближённому уравнению (1.36) [2]:
/>Вт/(м2∙К), (1.36)
где />.
3) Рассчитываемтолщину слоя тепловой изоляции по формуле (1.37) [2]:
/>м/>мм, (1.37)
где />Вт/(м2∙К)– коэффициент теплопроводности войлока шерстяного [1, табл. XXVIII].
2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
Гидравлический расчётданного кожухотрубчатого теплообменника заключается в определении затратэнергии на перемещение холодного теплоносителя по трубам и подборецентробежного насоса.
1) Рассчитываемобъёмный расход (подачу) холодного теплоносителя по формуле (2.1) [5]:
/>м3/с, (2.1)
где />кг/с;
/> кг/м3.
2) Т. к. />, токоэффициент трения рассчитаем по обобщённому уравнению (2.2) [5]:
/>, (2.2)
где /> — относительнаяшероховатость стенок труб, причём />мм — абсолютная шероховатостьстенок труб [5];
/>.
3) Определяем скоростноесопротивление трубного пространства движению холодного теплоносителя по формуле(2.3) [1]:
/>Па, (2.3)
где />м/с – скорость движенияхолодного теплоносителя в трубном пространстве (формула (1.26)).
4) Определяемскоростное сопротивление в штуцерах теплообменника по формуле (2.4) [1]:
/>Па, (2.4)
где />м/с – скорость движенияхолодного теплоносителя в штуцерах [1];
/>м – диаметр условного проходаштуцеров к трубному пространству [6, табл. II.8.];
/> кг/м3.
5) Определяем потеридавления на трения в трубах по формуле (2.5):
/>Па, (2.5)
где />м; />м (рис. I);
/> Вт/(м·К);
/>;
/>м.
6) Определяем потеридавления на преодоление местных сопротивлений по формуле (2.6) (рис. I):
/>Па, (2.6)
где /> — коэффициентсопротивления входной и выходной камер [1];
/> — коэффициент сопротивления входаи выхода из труб [1];
/> — коэффициент сопротивленияповорота на 180° [1];
/> — коэффициент сопротивления колена90° [1, табл. XIII].
7) Определяем потеридавления на поднятие столба жидкости на высоту 10 м по формуле (2.7) [1]:
кожухотрубныйтеплообменник смесь гидравлический
/>Па. (2.7)
8) Определяем общеегидравлическое сопротивление трубного пространства по формуле (2.8) [1]:
/>Па. (2.8)
По табл. I.2 [6] выбираем центробежный насос соследующими характеристиками (табл. 2.1):
Таблица 2.1 — Технические характеристики центробежного насоса[6]Марка
/>, м3/с
H, м столба
жидкости
/>, 1/с
/> Электродвигатель тип
/>, кВт
/> X45/21
1,25∙10-2 17,3 48,3 0,60 АО2-51-2 10 0,88
9) Рассчитываемпотребляемую мощность электродвигателем насоса по формуле (2.9) [5]:
/>кВт, (2.9)
где /> — к.п.д. передачи, т.к.вал двигателя непосредственно соединяется с рабочим колесом насоса.
Что удовлетворяет условию/>и />.
3. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ3.1 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ОБЕЧАЙКИ
Выбираем цилиндрическуюобечайку, изготовленную из стали Ст3.
Рассчитаем толщинуобечайки по формуле (3.1):
/>м, (3.1)
где />м – внутренний диаметробечайки;
/>МПа – внутренне избыточноедавление;
/>МН/м2 – допускаемоенапряжение на растяжение для стали Ст3 [6, рис. IV.1];
/> - коэффициент, учитывающийослабление обечайки из-за сварного шва;
/>м – запас на коррозию;
/>м. 3.2 РАСЧЁТ И ПОДБОР ШТУЦЕРОВ
1) Определяемдиаметр условного прохода (внутренний диаметр) штуцеров для подвода горячеготеплоносителя (пара) по формуле (3.2) [5]:
/> м, (3.2)
где />м/с [5];
/>кг/с;
/>кг/м3.
По [7] округляем доближайшего большего стандартного значения, т.е. /> мм.
По табл. 27.1 [7] выбираемштуцер 25 – 200 – А МН 4579-63, а к нему по табл. 27.2 выбираем фланец типа I />мм ГОСТ 1235-67.
2) Определяемдиаметр условного прохода (внутренний диаметр) штуцеров для отвода конденсатапара по формуле (3.3) [5]:
/> м, (3.3)
где />м/с [5];
/>кг/с;
/>кг/м3.
По [7] округляем доближайшего большего стандартного значения, т.е. /> мм.
По табл. 27.1 [7] выбираемштуцер 25 – 100 – А МН 4579-63, а к нему по табл. 27.2 выбираем фланец типа I />мм ГОСТ 1235-67.
3) Определяемдиаметр условного прохода (внутренний диаметр) штуцеров для подвода и отводахолодного теплоносителя по формуле (3.4) [5]:
/>м, (3.4)
где />м/с [5];
/>кг/с;
/> кг/м3.
По [7] округляем доближайшего большего стандартного значения, т.е. /> мм.
По табл. 27.1 [7] выбираемштуцер 1,6 – 150 – А МН 4579-63, а к нему по табл. 27.2 выбираем фланец типа I />мм ГОСТ 1235-67.3.3 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ТРУБНОЙ РЕШЁТКИ
В среднем толщина трубнойрешётки составляет от 15 до 35 мм.
Толщину трубной решёткирассчитываем ориентировочно по формуле (3.5) [5]:
/>м, (3.5)
где />м.
Принимаем по [7] />мм.
Причём, шаг между трубамирассчитываем по формуле (3.6) [6]:
/>м. (3.6)
Трубы в трубной решётке размещаютпо вершинам равносторонних треугольников, закрепляя их развальцовкой.
При этом число труб надиаметре решётки определим по общему числу труб:
/>,
где />.3.4 РАСЧЁТ ОПОР АППАРАТА
1) Определяем объёмтрубного пространства по формуле (3.7):
/>м3, (3.7)
где />м;
/>;
/>.
2) Определяем объёммежтрубного пространства по формуле (3.8):
/>м3. (3.8)
3) Определяем массухолодного теплоносителя по формуле (3.9):
/>кг, (3.9)
где /> кг/м3.
4) Определяем массукорпуса аппарата по формуле (3.10):
/>кг, (3.10)
где />кг/м3;
/>м.
5) Определяем массутруб по формуле (3.11):
/>кг. (3.11)
6) Масса всехштуцеров, крышек, фланцев и трубной решётки составляет [7] />кг.
7) Рассчитываем весвсего аппарата по формуле (3.12):
/>Н. (3.12)
8) Т. к. всего у насчетыре опоры, то вес, приходящий на одну опору определим по формуле (3.13):
/>Н. (3.13)
По табл. 29.2 [7]подбираем стандартные стальные опоры к корпусу аппарата (OB – II – Б – 400 – 6 OH).3.5 РАСЧЁТ И ПОДБОР ДНИЩА И КРЫШКИ АППАРАТА
Для данного аппаратаподбираем по табл. 16.1 [7] два стандартных эллиптических отбортованныхстальных днища типа: днище /> ГОСТ 6533 – 68. Причём толщинуднищ выбираем в соответствии с толщиной обечайки.
Для днищ по табл. 21.9.[7] подбираем цельные фланцы типа I /> мм ГОСТ1235-67.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По данному курсовомупроекту были произведены тепловой, гидравлический и конструктивно-механическийрасчёты теплообменного аппарата (подогревателя), необходимого для нагреваниясмеси ацетон-вода до температуры кипения насыщенным водяным паром.
Вследствие чего постандартным каталогам (ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79) был выбранкожухотрубчатый вертикальный теплообменник с неподвижными трубными решётками соследующими основными характеристиками [1]:
Внутренний
диаметр кожуха />, мм
Число
труб на один ход, />
Длина
труб />, м
Пов-сть
теплообмена />, м2
/>
/>,
мм
Трубы
/>,
мм
Число
ходов,
/> /> /> 600 120 4,0 75 16 300 25x2 2
Рассчитана тепловаяизоляция для него: />/>мм – материал: шерстяной войлок.
Для подачи холодноготеплоносителя (смесь: ацетон-вода) в аппарат подобран центробежный насос марки Х45/21.
Также подобраны диаметрыштуцеров для данного теплообменного аппарата:
· для вводанасыщенного водяного пара – 0,2 м;
· для отвода конденсата– 0,1 м;
· для ввода иотвода смеси ацетон-вода – 0,15 м.
В данном теплообменникетрубы, изготовленные из стали Ст3, расположены по вершинам равностороннихтреугольников и закреплены в трубной решётке развальцовкой.
В месте подачинасыщенного водяного пара и отвода конденсата прикреплены два отбойника дляпредотвращения эрозии и износа труб.
Теплообменник установленна четыре опоры типа OB – II – Б – 400 – 6 OH.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Павлов К.Ф.,Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратовхимической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. чл.-корр. АН СССРП.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с., ил.
2. Методическиеуказания к курсовому проектированию для студентов химико-технологического изаочного энерго-механического факультетов в 2-х частях. – Ч. I. Тепловой расчёт/Гусев В.П., ГусеваЖ.А. – Томск: ТПУ, 1996. – 42 с.
3. Кожухотрубныйтеплообменник. Методические указания к выполнению лабораторных работ длястудентов всех специальностей химико-технологического факультета/А.Г. Пьянков,В.В. Тихонов. – Томск: ТПУ, 2005. – 24 с.
4. Касаткин А.Г.Основные процессы и аппараты химической технологии. Учебник дляхимико-технологических вузов. – 8-е изд. перераб. – М.: Химия, 1971. – 784 с.,ил.
5. Методическиеуказания к курсовому проектированию для студентов химико-технологического изаочного энерго-механического факультетов в 2-х частях. – Ч. II. Гидравлический иконструктивно-механический расчёты/Гусев В.П., Гусева Ж.А. – Томск: ТПУ, 1996.– 32 с.
6. Основные процессыи аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под ред. Ю.И.Дытнерского. – М.: Химия, 1983. – 272 с., ил.
7. Лащинский А.А.,Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры.Справочник/Под ред. инж. Н.Н. Логинова. – 2-е изд. перераб. и доп. – Л.:Машиностроение, 1970. – 752 с., ил.