Проектирование теплообменного аппарата

мой толуол.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Пермский Государственный Технический Университет
Расчетно-пояснительная записка
Кожухотрубчатый холодильник-
конденсатор насыщенных паров толуола
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОЖУХОТРУБЧАТОГО4
ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА АППАРАТА4
РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ ТЕПЛООБМЕННИКА и ПОДБОР КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ5
УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ6
ПЕРВАЯ ЧАСТЬ ТЕПЛООБМЕНА. КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОВ6
1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА6
2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОВ)7
ВТОРАЯ ЧАСТЬ ТЕПЛООБМЕНА. ОХЛАЖДЕНИЕ КОНДЕНСАТА8
СУММАРНАЯ ПЛОЩАДЬ ТЕПЛООБМЕНА10
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА10
1. РАССЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (ОБОРОТНАЯ ВОДА)10
2. РАССЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОВ)11
3. РАССЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (КОНДЕНСАТ)11
МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ12
Теплообменные аппараты являются составной частью практически всех технологических установок на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах. Теплообменные аппараты используют для нагрева испарения конденсации охлаждения кристаллизации плавления и затвердевания участвующих в процессе продуктов а также как парогенераторы или котлы-утилизаторы.
Среды используемые для подвода или отвода тепла называются теплоносителями и хладагентами. В качестве теплоносителей могут быть применены нагретые газообразные жидкие или твёрдые вещества. Водяной пар как теплоноситель используется главным образом в насыщенном состоянии – как высокого давления так и отработанный от паровых машин и насосов.
Кожухотрубчатые теплообменники изготовляют с поверхностью теплообмены 11-350м2 для работы под давлением 2-25 атм. Трубные пучки выполняют из стальных трубок диаметром 20 или 25 мм и длиной 2-6 м. Теплообменники этого типа экономичны и имеют минимальное число соединений на прокладках. Основным недостатком таких аппаратов является невозможность механической очистки межтрубного пространства
По способу монтажа различают вертикальные горизонтальные и наклонные теплообменные аппараты. Вертикальные теплообменники занимают меньше места но они менее удобны при очистке. На нефтеперерабатывающих заводах наибольшее распространение получили горизонтальные теплообменники.
ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ.
Кожухотрубчатые теплообменники.
Кожухотрубчатые теплообменники – наиболее распространённый тип теплообменной аппаратуры. Они могут использоваться в качестве холодильников конденсаторов и испарителей. По конструкции такие теплообменники представляют собой полую ёмкость цилиндрической формы называемой кожухом внутри которой расположен пучок от нескольких десятков до нескольких тысяч труб называемых теплообменными трубами. Трубы своими концами герметично закреплены в основаниях называемых трубными решётками и образуют таким образом трубное пространство теплообменника. Остальное пространство теплообменника называют межтрубным. Горячий и холодный теплоносители подаются соответственно в межтрубное и трубное пространства прямотоком или противотоком. Теплообмен происходит через стенки теплообменных труб. Такие теплообменники могут быть одно- двух- четырёх - и шестиходовыми устанавливаться горизонтально или вертикально. Поверхность теплообмена их может быть до 1000 м2.
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОЖУХОТРУБЧАТОГО
В межтрубном пространстве находится толуол (т.к. он – более чистое вещество) в трубном – оборотная вода (как более грязное вещество). Движение фаз – противоток (увеличение приводит к снижению теплоносителя потребуется меньше охлаждающей воды однако движущая сила процесса будет уменьшаться поэтому увеличивается F применение противотока экономически будет целесообразней).
ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА АППАРАТА
Q – общая тепловая нагрузка конденсатора
- количество тепла при конденсации насыщенных паров
- количество тепла при охлаждении конденсата
- расход толуола (по заданию )
- теплота испарения толуола ( по табл. ХLV [1] при =1108 0С)
- теплоёмкость конденсата (по рис. XI [1] при )
- температура конденсации пара толуола 0С
- температура конденсата на выходе 0С
Расход оборотной воды:
где G –массовый расход
Q – количество теплоты
- теплоёмкость оборотной воды (по рис. XI [1] при )
- температура на выходе из теплообменника (примем для оборотной воды 350С)
- температура на входе в теплообменник (задано для оборотной воды 150С)
Определяем граничную температуру
Средняя движущая сила для зоны конденсации насыщенного пара:
Средняя движущая сила для зоны охлаждения конденсата:
РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ ТЕПЛООБМЕННИКА И ПОДБОР КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Площадь конденсации Fконд:
Задаёмся коэффициентом теплопередачи Кконд = 300 (по табл. 4.8[1] )
Площадь охлаждения Fохл:
Задаёмся коэффициентом теплопередачи Кохл = 300
Общая площадь теплообмена:
Для обеспечения турбулентного течения воды при Re > 15000 скорость в трубах с dн = 25x2мм
должна быть больше w :
d = 25 – 2×2 = 21 мм – внутренний диаметр трубок
= 089 мПа×с – динамическая вязкость воды при Dtср в = (t2н + t2к)2 = 25ºС ( по табл. VI [1])
ρ = 997 кгм3 – плотность воды при Dtср = (t2н + t2к)2 = 25ºС ( по табл. XXXIX [1])
Объемный расход воды:
Vв = Gв ρв = 1662997 = 00166 м3с
Число труб 25x2 мм обеспечивающих объемный расход воды Vв = 00166 м3с
Задаваясь числом Re = 15000 определим соотношение nz для холодильника-конденсатора из
труб диаметром dн = 25х2 мм:
УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
В соответствии с таблицей 4.12 [1] соотношение nz принимает наиболее близкое значение к заданному у холодильников-конденсаторов с диаметром кожуха D = 600 мм диаметром труб 25х2 мм числом ходов z = 4 и общим числом труб n = 206:
Выбираем по ГОСТ 15121-79 кожухотрубчатый холодильник-конденсатор:
sсеч. одного хода по трубам = 0018 м2
n = 206 (общее число труб)
ПЕРВАЯ ЧАСТЬ ТЕПЛООБМЕНА. КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОВ
1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА
Критерий Рейнольдса:
Gводы – массовый расход воды кгс
- диаметр эквивалентный ()
- динамическая вязкость воды (по табл. VI [1] : для 2640С )
где - теплопроводность воды (по табл. XXXIX [1] : для 2640С )
Коэффициент теплоотдачи для воды:
где – определяющий линейный размер () м
2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОВ)
Коэффициент теплоотдачи паров толуола
- коэффициент (при )
- плотность пленки конденсата ( по табл. XLIV[1] = 870 )
- теплопроводность паров толуола (по рис. X [1] : для 11080С )
- вязкость толуола (по рис. V [1] для 11080С )
Расчётный коэффициент теплопередачи:
где - загрязнение стенок со стороны конденсата (по табл. XXXI[1])
- загрязнение стенок со стороны оборотной воды (по табл. XXXI [1] )
- теплопроводность материала стали (по табл. XXVIII [1] )
Расчетная площадь теплообмена для охлаждения пара:
ВТОРАЯ ЧАСТЬ ТЕПЛООБМЕНА. ОХЛАЖДЕНИЕ КОНДЕНСАТА
1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (ОБОРОТНАЯ ВОДА)
где Gводы – массовый расход воды кгс
- вязкость воды (по табл. VI [1] : для 16370С )
где - теплопроводность воды (по табл. XXXIX [1] : для 16370С )
2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (КОНДЕНСАТ)
где - расход толуола ()
– наружный диаметр трубок ()
- проходное сечение межтрубного пространства (по табл. 4.12 [1] )
- вязкость толуола (по рис. V [1] для 800С )
где - удельная теплоёмкость толуола
- теплопроводность толуола (по рис. Х [1] : для 800С )
Коэффициент теплоотдачи для толуола:
Расчётный коэффициент теплопередачи :
где - загрязнение стенок со стороны конденсата (по табл. XXXI [1] )
- загрязнение стенок со стороны оборотной воды (по табл. XXXI [1])
СУММАРНАЯ ПЛОЩАДЬ ТЕПЛООБМЕНА
Запас по теплообмену:
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
1. РАССЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (ОБОРОТНАЯ ВОДА)
Скорость движения воды в трубах:
где - расход оборотной воды кгс
- плотность воды (по табл. XXXIX [1] при )
где - относительная шероховатость труб
Δ – высота выступов шероховатостей м
Скорость воды в штуцерах:
где - диаметр условного прохода штуцеров (по табл. 2.6 [2] )
Гидравлическое сопротивление воды в трубном пространстве:
2. РАССЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОВ)
Число рядов труб омываемых потоком в межтрубном пространстве:
Число сегментных перегородок:
(по табл. 2.7 [2] при )
Скорость потока в штуцерах:
где - диаметр условного прохода штуцеров к кожуху (по табл. 2.6 [2] )
- плотность пленки конденсата (при )
Скорость потока в наиболее узком сечении межтрубного пространства:
Гидравлическое сопротивление толуола в межтрубном пространстве:
3. РАССЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА (КОНДЕНСАТ)
Скорость потока конденсата в штуцерах:
- плотность конденсата (по табл. ХХХIX [1] при )
Скорость конденсата в наиболее узком сечении межтрубного пространства:
Гидравлическое сопротивление конденсата в межтрубном пространстве:
МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
1. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ОБЕЧАЙКИ
Принимаем толщину обечайки 8 мм
где D - наружный или внутренний диаметр обечайки м
p – внутреннее избыточное давление МПа
- допускаемое напряжение на растяжение для материала обечайки МНм2 ()
- коэффициент учитывающий ослабление обечайки из-за сварного шва (для стали=1 т.к. берем обечайку изготовленную из бесшовной трубы )
Ск – запас на коррозию мм
Сокр – прибавка округления толщины детали до номинального размера мм
2. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ДНИЩ
где R – радиус кривизны в вершине днища м (для эллиптических днищ R=D с H=0.25D)
т.к. днище берем днище изготовленное штамповкой
Принимаем толщину днища 8 мм
По ГОСТу 15121-79 рассчитан и запроектирован кожухотрубчатый конденсатор-холодильник для насыщенных паров толуола
Параметры кожухотрубчатого конденсатора:
площадь поверхности теплообмена
запас по поверхности теплообмена
Параметры паров толуола (межтрубное пространство):
Температура на входе
Температура на выходе
Гидравлическое сопротивление конденсата
Гидравлическое сопротивление пара
Параметры оборотной воды (трубное пространство):
Гидравлическое сопротивление воды
А.А. Лащинский. Конструирование сварных химических аппаратов: справочник. – Л.:Машиностроение. Ленингр. отд-ние 1981. – 382 с. ил.
А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для
ТИД «Альянс» 2004.-753с.;

Сп.spw

Конденсатор-холодильник
Распределительная камера
Гайка М16 ГОСТ 15526-70
Шпилька М16 х 60 ГОСТ 15589-70

Чертеж мой толуол.cdw

Температура на входе
Температура на выходе
Поверхность теплообмена
Соединение с атмосферой
Конденсатор-холодильник
Технические требования
Размеры для справок.
Аппарат подлежит ведению РОСТЕХНАДЗОРа. Материал
изготовление и сварка по Правилам устройства и безопасной
эксплуатации сосудов
работающих под давлением"
Контроль щтуцеров и люков производить в соответсвии с
ОТУ 3-01 "Сосуды и аппараты. Общие технические условия на
ремонт корпусов" и с учетом требований ОСТ26-291-94 "Сосуды и
аппараты стальные сварные. Общие технические требования".
Остальные технические требования по ОСТ 26-291-94 "Сосуды и
Техническая характеристика