ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 64
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3 Описание аппаратурной схемы
Данная аппаратурная схема состоит из следующих узлов и агрегатов: накопительного бака, центробежных насосов, теплообменников, запорной арматуры, и приборов контроля и управления процессом. Для сбора остатков тяжёлой воды, после осушения теплообменников, был выполнен расчёт дефлегматора. Аппарат был рассчитан с учётом использования его на любом из теплообменников данной схемы, а также использования в схемах, где существует возможность испарить остатки или разливы тяжёлой воды, с учётом подвода артезианской воды для нормальной работы холодильника.
Технологический процесс протекает следующим образом: В накопительном баке находится некоторый объем продукта, который центробежными насосами прокачивается через теплообменники. Проходя через теплообменники продукт, охлаждается с более высокой температуры до необходимой по заданной технологии, и уже охлаждённым поступает снова в накопительный бак, где используется в дальнейшей технологической цепи. Из накопительного бака продукт по существующим водоводам поступает на центробежные насосы, которые осуществляют циркуляцию продукта по всей технологической цепи, и возвращают его обратно в бак. Центробежные насосы расположены по два на каждом из теплообменников. Это даёт возможность для периодического поочерёдного обслуживания одного из насосов. Каждый насос имеет два запорных вентиля, один на всасе, другой на напоре, для отсечения от магистрали. Насосы имеют приборы контроля давления – манометр. Теплообменные аппараты имеют приборы контроля температуры – датчики ТСП.
После остановки производственного процесса и сдреннирования с теплообменников продукта, в полостях теплообменных аппаратов накапливаются остатки продукта стекающего со стенок и внутренних конструкций. Эти остатки необходимо собрать вследствие высокой стоимости и дефицита продукта. Для этих целей и была разработана данная установка. Состоящей из дефлегматора, к которому возможно подключение накопительного бачка для сбора конденсата с отводом газовой смеси в существующий газгольдер.
Монтаж дефлегматора производится к одному из теплообменников. Теплообменный аппарат отсекается от линии с продуктом и на вход, и выход аппарата подключают дефлегматор, производя закольцовывание цепи из двух аппаратов. В теплообменный аппарат по трубному пространству, вместо артезианской воды подаётся греющий пар, из существующей лини. Далее конденсат греющего пара отводится в пром канализацию. Происходит разогрев аппарата для испарения остатков продукта. Образующаяся парогазовая смесь поступает на вход дефлегматора, проходя по трубному пространству которого она конденсируется, за счёт взаимодействия с охлаждающим агентом через стенки трубочек. К дефлегматору, из существующей линии, подводится охлаждающий агент, к межтрубному пространству, для охлаждения конденсата который отводится в линию пром канализации. Сконденсированный продукт собирается в специальную емкость, а сопутствующие газы отводятся в существующую линию газгольдера. Для автоматического контроля и регулирования микро концентрации влаги в газах на линии испарения продукта установлен прибор "Байкал". Используя показания данного прибора, мы можем судить о прекращении парообразования, т.е. о завершении цикла.
4 Контроль и управление процессами
В данной проектируемой установке по конденсации паров тяжёлой воды, для стабильной и безаварийной работы применяют приборы, контролирующие и управляющие процессами. Они подразделяются: на измеряющие параметры, сигнализирующие (световая или звуковая сигнализация), фиксирующие параметры (самописцы), и передающие сигнал на исполнительные механизмы.
Измерители влажности:
Влажность является одной из существенных характеристик материалов и сырья. От влажности зависят механические, физические, химические и технологические свойства неметаллических материалов, поэтому в целом ряде производств используются процессы увлажнения и осушки, предназначенные для поддержания требуемой влажности материалов.
В данной установке применяется кулоновский измеритель типа «Байкал» для автоматического контроля и регулирования микроконцентрации влаги в газах. Принцип действия прибора основан на непрерывном поглощении влаги из измеряемого газа плёнкой гигроскопического вещества (пентаксид фосфора) и электролитическом разложении поглощенной влаги на водород и кислород. Основным элементом прибора является кулонометрический измерительный элемент, представляющий собой стеклянный толстостенный цилиндр, во внутреннем канале которого находится три платиновых электрода, выполненные в виде несоприкасающихся спиралей. Измерительный элемент имеет рабочий и контрольные элементы. Через внутренний канал элемента проходит анализируемый газ со строго постоянным расходом, равным 50 см3/мин. При таком расходе влага полностью извлекается пентаксидом фосфора и под действием приложенного к электродам напряжения постоянного тока одновременно с поглощением влаги происходит её электролиз, поэтому ток электролиза является мерой содержания влаги в анализируемом газе.
Влагомер к газовым сетям подключают стальной нержавеющей трубкой (материал Х18Н9Т) диаметром 3мм с максимально допустимой длиной 40-60см.
Измерители температуры:
Для автоматического контроля и управления температурными режимами технологических процессов и дистанционной передачи информации в качестве датчиков применим термометры сопротивления.
Для контроля температуры мы применяем платиновые термометры сопротивления, используемые при измерениях сопротивлений от -200 до +650.
Основными факторами, влияющими на погрешность измерения температуры технологических объектов, являются: инерционность термодатчиков, неправильная их установка, нарушение условий монтажа и эксплуатации приборов.
Преимущества термометров сопротивления:
-могут использоваться при специальном исполнении в тяжелых различных условиях работы;
-при высоких вибрациях;
-больших давлениях;
-и в агрессивных средах.
В соответствии с требованиями автоматизации промышленных технологических установок отечественные датчики температур имеют различную монтажную (установочную) длину в интервале 60 – 3200 мм. Мы выбираем 60мм.
Измерители давления:
Для измерения давления выбираем пружинные манометры относящиеся к наиболее распространённым приборам измерения давления. Принцип действия манометра основан на уравновешивании силы, возникающей под действием измеряемого давления, силой упругости чувствительного элемента прибора.
5 Расчёт холодильника
5.1 Тепловой расчёт кожухотрубчатого холодильника (дефлегматора)
Выбор конструктивных элементов
Конструкцию проектируемого теплообменника выбирают на основе техноэкономических соображений с целью достижения высокой интенсивности теплообмена, простоты, компактности, удобства монтажа и ремонта, надёжности в работе и минимальной стоимости.
Определяющие размеры (диаметры, длины, высоты) следует принимать по существующим нормалям или рекомендациям промышленной практики.
Скорости рабочих сред в аппаратах должны обеспечивать благоприятные условия теплообмена, но не вызывать сильного возрастания гидравлических сопротивлений.
Определение места движения рабочих сред в трубном или межтрубном пространстве производят в зависимости от температур теплоносителей и их вида, характера загрязнений, величины гидравлических сопротивлений и др. При этом вещества, дающие плотные осадки, желательно пропускать по внутренним каналам, охлаждающие вещества в межтрубном пространстве.
В справочном пособии [2], глава вторая стр. 24 сказано: «Как известно, плотности Н2О и D2O при комнатной температуре заметно отличаются (примерно на 10%)", поэтому необходимые для расчётов параметры возьмём условно по обычной воде и пару увеличенные на 10%».
1. Определим производительность [кг/с] с которой исходная паровая фаза D2O поступает в холодильник (дефлегматор). Для этого воспользуемся уравнением расхода ([1] стр. 22)
Уравнение расхода
1.1 Определим объемный расход жидкости или газа V [м3/с].
V = ω * f, (1)
где ω=30 м/сек, определяем по таблице 1-2 ([1] стр. 23)
f=S=πr2=πd2/4=0.7854* d2,
тогда площадь будет равна:
S=0.7854*0.3502=0.096м2,
где
d=0,350м – диаметр выпускного патрубка на теплообменном аппарате с D2O.
V = ω * f=30*0,096=2,8 м3/сек.
1.2 Определим массовый расход жидкости или газа М [кг/с].
M=V * ρ =ω * f * ρ (2)
где
ρ - плотность жидкости или газа [кг/м3]
1.3 Определим плотность насыщенного водяного пара D2O через свойства насыщенного водяного пара Н2О в зависимости от температуры
(приложение 3 стр. 403 [3])
Температура T °C 99,61
Давление Р Па 1.000*105
Плотность ρ [кг/м3] 0,5903
Температура парообразования r кДж/кг 2257,5
Данные по пару Н2О
Температура кипения чистой 100% D2O t=101.4°C. Расчётную температуру, с которой паровая фаза D2O поступает в дефлегматор, примем ≈ на 2°C ниже.
Tкип=101,4°C
Tрас=99,6°C
Плотность пара Н2О при Tрас=99,6°C ρ=0,5903 кг/м3
Тогда плотность пара D2O Tрас=99,6°C
ρ(Н2О) * 10% =0,5903 * 10% = 0.5903+0.00590=0.6493 кг/м3
1.4 Определим массовый расход
M = V * ρ =2,8*0,6493=1,8кг/с
Следовательно, G1=1,8кг/с
5.2 Расчёт дефлегматора
Исходные данные:
Охлаждаемый агент
Конденсат D2O
Расход (кг/с) G1=1,8кг/с
Температура конденсации (˚C) t1=99,6˚C
Плотность (кг/м3) ρ1=958,7*10%=1054 (кг/м3)
Теплопроводность (Вт/м*К) λ1=0,247*10%=0,271 (Вт/м*К)
Динамическая вязкость (Па*с) μ1=0,0002819*10%=0,000310(Па*с)
Удельная теплота
парообразования (Дж/кг) ґ1=2257*10%=2482кДж/кг==2482000Дж/кг
Теплоёмкость (Дж /кг*К) C1=4217*10%=4638(Дж /кг*К)
Охлаждающий агент
Вода Н2О артезианская
Температура начальная˚C t2H=5˚C
Температура конечная˚C t2K=25˚C
Средняя температура˚C t2=0,5*(5+25)=15˚C
Плотность (кг/м3) ρ2=999(кг/м3)
Теплоёмкость (Дж /кг*К) C2=4189(Дж /кг*К)
Теплопроводность (Вт/м*К) λ2=600(Вт/м*К)
Динамическая вязкость (Па*с) μ2=0,001138(Па*с)
Критерий Прандтля Pr=7,94 ([3] стр. 398)
Расчёт теплообменного аппарата включает в себя; определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющих заданным технологическим условиям оптимальным образом.
Необходимую поверхность теплопередачи определяют из основного уравнения теплопередачи.