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

– теплота, удаляемая жидкой водой из аппарата, кДж/ч;

– теплота, удаляемая жидким этиловым спиртом из аппарата, кВт;

Расчёт теплот, удаляемых веществ, по формуле (1), с учётом температуры, при которой вещества удаляются из аппарата (281К):

=9,37·1,869·281 = 4919,96 кДж/ч;

= 2,62·2,473·281= 1822,78 кДж/ч;

= 37,47·1,005·281 =10582,27 кДж/ч;

= 177,9·4,196·281 = 615459,12 кДж/ч;

= 521,98·2,32·281= 116036,39 кДж/ч;

= 4919,69+1822,78+10582,27+615459,12+116036,39 =

=748820,52 кДж/ч.

Количество потерь тепла через кожух аппарата (10%):

= ⸱ 0,1= 1584564,96 ⸱ 0,1 = 158456,5 кДж/ч

Количество теплоты, которое должно отводиться хладагентом (водным раствором хлорида кальция):

= − − =

=1584564,96 – 748820,52 – 158456,5 = 677287,94 кДж/ч.

Таблица 4 – Тепловой баланс конденсатора

Приход						Расход
№ п/п	Статья	Q, кДж/ч			%		№ п/п		Статья		Q, кДж/ч			%
1	Тепло входящего газового потока, в том числе:						1		Тепло удаляемых газообразных продуктов, в том числе:
	С2Н5ОН	375528,07			23,70				С2Н5ОН		1822,78			0,115
	H2O	302535,03			19,09				H2O		4919,96			0,310
	воздух	60219,97			3,80				воздух		10582,27			0,668
2	Тепло фазового перехода (конденсации), в том числе:						2		Тепло удаляемых жидких продуктов, в том числе:
	H2O	409381,05			25,84				H2O		615459,12			38,84
	С2Н5ОН	436900,83			27,57				С2Н5ОН		116036,39			7,32
						3		Тепло, отводимое теплоносителем (хлорид кальция в воде):
								CaCl2(aq)		677287,94			42,74
						4		Потери тепла, в том числе
										158456,50			10
Итого			1584564,96	100		Итого				1584564,96		100

---

Тепло входящего потока составляет 1584564,96 кДж/ч, тепло исходящего потока составляет 748820,52 кДж/ч. Тепло, которое необходимо отводить холодным теплоносителем составляет 677287,94 кДж/ч. Потери тепла составили 158456,50 кДж/ч.

---

2.4 Аппаратурный расчёт

В начальный период теплообмена происходит конденсация газового потока начальной температуры 110 ℃, водным раствором хлорида кальция начальной температуры 1ºС. Зону теплообмена, в которой происходит данный процесс обозначим, как первую зону теплообмена. Температура выхода конденсата составляет 8ºС, следовательно конденсат охлаждается от 110 ºС до 8ºС и при охлаждении передает тепло охлаждающей воде, нагревая его. Эту зону обозначим как вторую зону теплообмена.



















Ориентировочно у выбранного конденсатора оказалась занижена поверхность теплообмена. По значению площади поверхности теплообмена выберем подходящий теплообменник (по ГОСТ 15119-79, ГОСТ 15121-79). Его параметры представлены в таблице 7.

Таблица 7 – Параметры кожухотрубчатого теплообменника

Параметр аппарата	Величина	Единица измерения
Поверхность теплообмена, F	240	м²
Диаметр кожуха внутренний, D	800	мм
Диаметр труб	0,02	м
толщина стенки	0,002	м
Длина труб, L	6	м
внутренний диаметр труб	0,016	м
Площадь проходного сечения по трубам, S	0,03	м²
Число ходов, z	4	–
Общее число труб,	638	шт

---

Из приведённых выше расчётов был выбран конденсатор с конструкционными характеристиками, представленными в таблице 7, с коэффициента запаса площади теплообмена 14,7%.

2.4 Механический расчет

Материал труб и кожуха примем одинаковым с целью снижения разности температурных удлинений, которые возникают, если кожух и трубки изготовлены из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения.
В качестве материала для труб и кожуха выберем нержавеющую сталь 12Х18Н10Т. 12Х18Н10Т – хром-никелевая сталь, которая противостоит парам этилового спирта, водным растворам хлорида кальция до 100 ℃ [8]. Кроме того, детали из хром-никелевой стали могут свариваться даже если они имеют разную толщину. Параметры данной стали представлены в таблице 8 [9]:

Таблица 8 – свойства стали 12Х18Н10Т

Наименование	Величина	Единицы измерения
αT	1,66 ∙ 10−6	K−1
E 110	1,93 ∙ 105	H⁄м2
E 95	1,94 ∙ 105	H⁄м2
[σ]доп	294,375	МПа
Предел текучести	196	МПа

Расчёт толщины цилиндрической обечайки проводим по методике, изложенной в [10].

Производим расчёт обечайки на внутренне давление. Расчётную температуру обечайки принимаем равной температуре рабочей среды t^в_ст=110℃.

Отношение



номинальная расчётная толщина стенки обечайки [10]



где p – расчетное давление, МПа;

D – внутренний диаметр обечайки, мм;

[σ]_доп – допускаемое напряжение, МПа;

φ – коэффициент прочности сварного шва;

Производим расчет обечайки на наружное давление. Расчётное наружное давление принимаем р

---

_н=0,6 Мн/м².



За расчётную принимаем большую номинальную расчётную толщину стенки обечайки s`=13 мм.

Прибавка на коррозию с внутренней стороны аппарата исходя из срока службы 10 лет составляет С_к = 0,1·10 =1 мм. Прибавка на округление 1 мм. Расчётная толщина стенки обечайки с учётом прибавок составит:

s`=8+1+1=10мм

наружный диаметр обечайки:

D_н=D_в+2s=800+2·10=820 мм

Проверим напряжения в стенке обечайки с учётом температурного перепада по толщине стенки.

Коэффициент толстостенности обечайки



Температурное напряжение на внутренней поверхности стенки





Температурное напряжение на наружной поверхности стенки



суммарное напряжение на внутренней поверхности стенки при внутреннем давлении:



Что < , следовательно допустимо.
Расчёт эллиптического днища проводим п методике, изложенной в [10].

В кожухотрубчатых теплообменниках применяют стандартные плоские и эллиптические днища.

Номинальная расчётная толщина стенки днища:



прибавка на коррозию для днища аппарата, работающего не менее 10 лет составляет С_к = 0,1·10 =1 мм. Прибавка на округление С₀=3 мм. Расчётная толщина стенки днища с учётом всех прибавок

s`=2+1+3 = 6мм

Параметры эллиптического днища для диаметра 1200 мм приведены в таблице 9.

Таблица 9 – Параметры эллиптического отбортованного днища (ГОСТ 6533-68)

Dв, мм	Dн, мм	Высота борта h, мм	Высота днища hв, мм	F, м2	V, м3	m, кг
800	820	25	200	0,756	0,0796	36,2

---