Файл: Курсовой проект по пахт разработка конструкции и расчет теплообменного аппарата для охлаждения и конденсации газового потока состава 25 H.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Отделение ядерного топливного цикла

Специальность - Химическая технология материалов современной энергетики

Курсовой проект по ПАХТ

Разработка конструкции и расчет теплообменного аппарата для охлаждения и конденсации газового потока состава 25 % H₂O; 70 % С₂Н₅ОН, 5 % воздуха

Производительностью 205 м³/ч
Студент гр.0401 В.П. Гробов

_______________
Руководитель _______________ А. С. Кантаев

_______________

Томск – 2022

Реферат

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и чертежа теплообменного аппарата. Пояснительная записка содержит 55 страниц, 8 рисунков, 12 таблиц, 11 литературных источников.

Пояснительная записка состоит из:

1. Титульного листа;

2. Реферата

3. Содержания;

4. Введения

5. Аналитического обзора рассматриваемого процесса

6. Технологической схемы

7. Заключения

8. Списка использованных источников.

Целью работы является разработка конструкции и расчёт теплообменного аппарата для охлаждения и конденсации газового потока состава 25 % H₂O; 70 % этилового спирта, 5 % воздуха соотношение массовое, производительность 205 м³/ч.

Выполнен материальный, тепловой и аппаратурный, механический, гидравлический расчеты, на их основе выбран четырёходовой теплообменный аппарат с противотоком, а также выполнен чертеж рассчитанного аппарата.

Чертеж аппарата выполнен на формате А1 и включает сборочный чертеж, таблицу штуцеров, технические характеристики и требования, спецификацию.

Содержание

---

Введение

В химической технике широко распространены процессы конденсации (ожижения) паров различных веществ путём отвода о них тепла. Эти процессы осуществляют в аппаратах, называемых конденсаторами.

Различают два вида конденсации: 1) поверхностную (или просто конденсацию), при которой конденсирующиеся пары и охлаждающий агент разделены стенкой, и конденсация паров происходит на внутренней или внешней поверхности холодной стенки; 2) конденсацию смешением, при которой конденсирующиеся пары непосредственно соприкасаются с охлаждающим агентом.[1].

Процесс конденсации редко является единственным тепловым процессом, протекающим в данном аппарате. Зачастую этот процесс сопровождается процессом охлаждения.

Объем жидкости, полученный после процесса конденсации, во много раз меньше объема пара, из которого он образовался. Среднее давление отработавшего пара р₂ для принятых при проектировании конденсатора номинальных условий (расхода пара в конденсатор, температуры и расхода охлаждающей воды; составляет обычно 3,5-6 кПа (0,035-0,060 кгс/cм²). Поскольку оно значительно ниже атмосферного (барометрического), ему отвечает разрежение в паровом пространстве конденсатора. В отличие от номинальных значений параметров свежего пара перед турбиной давление отработавшего пара р₂ не может поддерживаться в эксплуатации на определенном заданном уровне, а заметно изменяется в зависимости от режимных условий. Его значения, отвечающие различным условиям работы конденсационной установки при удовлетворительном ее состоянии, определяются по тепловым характеристикам.

Помимо поддержания давления отработавшего пара на требуемой для экономичной работы турбоагрегата уровне конденсационная установка должна также обеспечивать:

- сохранение конденсата отработавшего пара, используемого в системе питания парового котла, и его качество, соответствующее после смешения с водами, поступающими в конденсатор извне, требованиям ПТЭ (ограничение в допустимых пределах содержания в нем кислорода, растворенных солей и продуктов коррозии);

---

- предотвращение переохлаждения конденсата на выходе из конденсатора по отношению к температуре насыщения отработавшего пара, приводящего к потере теплоты;

- прием при нормальной работе, а также при пусках и остановах энергоблока предусмотренных его тепловой схемой сбросов в конденсатор (непосредственно через паросбросные устройства, расширители или БРУ-К) пара, горячих дренажей из других аппаратов и добавочной воды для системы питания парового котла.

Применяющиеся одно- или многокорпусные поверхностные конденсаторы с водяным охлаждением, как правило, представляют собой горизонтальные кожухотрубные теплообменные аппараты, в которых на наружной поверхности трубок конденсируется отработавший пар, поступающий из турбины, а внутри трубок протекает охлаждающая вода, отводящая теплоту конденсата пара. Образовавшийся на трубках конденсат стекает из трубного пучка на днище корпуса и затем в конденсатосборники, из которых он удаляется конденсатными насосами. Пар, поступающий в конденсатор, содержит обычно примесь неконденсирующихся газов, в основном воздуха, проникающего через неплотности в вакуумной системе турбоагрегата [2].

---

1 Аналитический обзор рассматриваемого процесса

Поверхностная конденсация осуществляется в теплообменниках – поверхностных конденсаторах. В общем случае в поверхностных конденсатор поступает перегретых пар. Очень часто охлаждающим агентом является вода.

Введем обозначения: D – количество поступающего в конденсатор пара, кг/ч; Н – энтальпия поступающего пара, кДж/кг; t_п – температура поступающего перегретого пара, °С; t_нас – температура насыщения (конденсации) пара, °С; t_ж температура конденсата на выходе из аппарата, °С; с_п – теплоемкость перегретого пара, кДж/(кг·°С); с_ж – теплоемкость конденсата, кДж/(кг·°C); r – теплота конденсации пара (теплота испарения жидкости), кДж/кг; W – количество воды, поступающей на охлаждение, кг/ч; с_в – теплоемкость воды, кДж/(кг.°C); t_в.н – начальная температура воды, t_в.к – конечная температура воды, °С; Q_п – потери тепла в окружающую среду, кДж/ч.

При принятых обозначениях энтальпию поступающего перегретого пара можно выразить соотношением

H= с_п (t_н–t_нас)+ r+ с_ж t_нас

И представить тепловой баланс процесса равенством

DH+W с_в t_в.н=D с_ж t_ж+ W с_в t_в.к+ Q_п

Из которого определяют расход охлаждающей воды:



По условиям теплообмена охлаждающая поверхность конденсатора делится на три зоны: охлаждения перегретого пара, конденсации и охлаждения конденсата. Первой из них соответствуют наихудшие условия теплообмена, второй – наилучшие. В результате этого поверхности охлаждения приходится находить для каждой зоны в отдельности. Для определения их необходимо вычисление количеств тепла, передаваемого через поверхность охлаждения в каждой зоне, и промежуточных температур охлаждающей воды t_в1 и t_в2 (рисунок 1).



Рисунок 1 – К тепловому балансу процесса конденсации: Ⅰ - зона охлаждения перегретого пара; Ⅱ - зона конденсации; Ⅲ - зона охлаждения конденсата.

Количество тепла, передаваемого через поверхность охлаждения в каждой из зон, находят из следующих равенств:

---

для зоны охлаждения перегретого пара



Для зоны конденсации



Для зоны охлаждения конденсата



Промежуточные температуры охлаждающей воды:



Значение требуемой поверхности теплообмена определяют по уравнению теплопередачи:

(1)

где F – площадь поверхности теплообмена, м²;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м² час);

Q – тепловой поток в аппарате, Вт/ч;

– средняя разность температур между теплоносителями, К.

– температурный напор.

Для расчёта поверхности теплообмена удобнее всего принять, что аппарат работает в режиме идеального вытеснения, и разделить поверхности теплообмена на две части: зону конденсации и зону охлаждения конденсата [1].

1. Теория процесса

Конденсация – это процесс, обратный процессу испарения. При конденсации молекулы пара возвращаются в жидкость.

В закрытом сосуде жидкость и ее пар могут находиться в состоянии динамического равновесия, когда число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость из пара, т. е. когда скорости процессов испарения и конденсации одинаковы. Такую систему называют двухфазной. Пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Число молекул, вылетающих с единицы площади поверхности жидкости за одну секунду, зависит от температуры жидкости. Число молекул, возвращающихся из пара в жидкость, зависит от концентрации молекул пара и от

---