Расчёт пластинчатого теплообменника

Содержание

Содержание

Условные обозначения

1 Введение

2 Описание технологической схемы

3 Расчет пластинчатого теплообменника

3.1 Технологический (тепловой) расчет

3.2 Конструктивный расчет

3.3 Гидравлический расчет

3.4 Механический расчет

4 Расчет вспомогательного оборудования

4.1. Расчет насосов

4.2. Расчет емкостей

5 Заключение

Список литературы

Приложения

Условные обозначения

с - средняя массовая теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг·ºС);

F - поверхность теплопередачи, м2;

G - массовый расход теплоносителя, кг/с;

V – объемный расход теплоносителя, м3/с;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

K - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 · ºС);

ΔР - гидравлическое сопротивление, Па;

Q - тепловая нагрузка, Вт;

w - скорость движения теплоносителя, м/с;

rз - термическое сопротивление слоя загрязнений, Вт/(м2 ·ºС);

t – температура, ºС;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 · ºС);

ρ – плотность, кг/м3;

λ - теплопроводность, Вт/(м · ºС);

ξ – коэффициент местного сопротивления;

Re – критерий Рейнольдса;

Nu - критерий Нуссельта;

Pr - критерий Прандтля;

Индексы

1 – теплоноситель с большей средней температурой (горячий);

2 – теплоноситель с меньшей средней температурой (холодный);

н – начальное значение; наружный размер;

к – конечное значение;

ст – стенка;

шт – штуцер;

Описание технологической схемы

Рассматривается схема получения альфаметилстирола каталитическим дегидрированием изопропилбензола.

Для процесса дегидрирования используется катализатор на основе окиси железа.

Смесь свежего и возвратного изопропилбензола подается насосом Н-1 через теплообменник Т-1 в смесительную камеру испарителя И-1. Испарение в И-1 осуществляется в токе водяного пара (50 масс. % от изопропилбензола), благодаря чему температура кипения снижается с 152,5 до 120°С. Испарение происходит за счет тепла контактного газа, поступающего из перегревателя Т-2. Испаренный и нагретый до 150°C изопропилбензол из испарителя И-1 поступает в перегреватель Т2, где перегревается до 490 °С за счет тепла контактного газа, выходящего из контактного аппарата (реактора) Р-1. Перегретые пары из перегревателя Т-2 поступают в смесительную камеру контактного аппарата Р1, где смешиваются с перегретым водяным паром, имеющим температуру 675°С. Водяной пар перегревается в трубчатой печи П-1 градиентного типа. Парогазовая смесь на входе в реакционную зону контактного аппарата Р-1 имеет температуру 590°C. За счет эндотермичности реакции дегидрирования температура на выходе из реактора снижается до ~ 550 °С.

Контактный газ охлаждается, отдавая свое тепло, в перегревателе Т-2 и в испарителе И1, после чего поступает на доохлаждение в котел-утилизатор КУ-1. Далее он подается в охлаждаемый водой холодильник-конденсатор ХК-1, в котором жидкие углеводороды частично конденсируются. Окончательная конденсация осуществляется в холодильнике-конденсаторе ХК-2, охлаждаемом рассолом. Конденсаты из конденсаторов ХК1 и ХК2 стекают в отстойник Е1, откуда углеводородный слой через сборник Е-2 подается в осушитель Е3, заполненный хлористым кальцием, и далее на разделение. Водный слой из отстойника Е-1 после дополнительного отстаивания сбрасывается в канализацию. Несконденсировавшиеся углеводородные газы направляются в газовую сеть.

Далее продукты дегидрирования поступают на ректификацию для выделения альфаметилстирола с использованием минимального числа колонн.

Жидкие углеводороды с установки дегидрирования насосом Н-3 подаются в ректификационную колонну КР-1 для удаления бензолтолуольной фракции. Остаток колонны КР-1 насосом Н-4 направляется на ректификацию в колонну КР2, где в качестве ректификата отбирается непрореагировавший изопропилбензол. Остаток колонны КР2, представляющий собой смесь альфаметилстирола и высококипящих примесей, насосом Н-5 подается в колонну КР-3 для отделения смолы, содержащей некоторое количество альфаметилстирола. Сверху из колонны КР-3 отбирается альфаметилстирол чистотой 99,6%, снизу - смола. Смола с помощью насоса Н-6 направляется в емкость Е-4 и периодически пропускается через колонну КР-4 для отгонки остаточного альфаметилстирола. Потоки альфаметилстирола с верха колонн КР-3 и КР-4 смешиваются и выводятся с установки в товарный парк.

Ректификационные колонны имеют стандартную обвязку, включающую холодильники-конденсаторы ХК-3 – ХК6 и кипятильники (ребойлеры) К-1 – К-4 [4, 5].

Заключение

По результатам выполнения проекта были решены следующие задачи:

1) Рассчитан и подобран пластинчатый теплообменник разборного типа Р 0,6632К01 по ГОСТ 1551887. Площадь поверхности теплообмена пластины 0,6 м2, площадь поверхности теплообмена теплообменника - 63 м3; число пластин – 108 шт., запас поверхности теплообмена – 21%. Гидравлическое сопротивление аппарата – не более 6 кПа.

2) Подобрано вспомогательное оборудование:

- центробежные насосы для подачи теплоносителей в теплообменник – ТКА 120/80 Г по ТУ 3631042002176102012ОАО «Волгограднефтемаш»;

- горизонтальные цилиндрические емкости для теплоносителей объемом 32 м3 - 1-32-1,6-1 по ТУ 3683–101–0021729898.

3) Выполнены чертежи:

- технологической схемы получения альфаметилстирола каталитическим гидрированием изопропилбензола (А3);

- общего вида пластинчатого холодильника (А3).