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

Площадь проходного сечения межтрубного пространства



площадь сечения штуцера на входе в межтрубное пространство



площадь сечения штуцера на выходе из межтрубного пространства



Скорость холодного теплоносителя в трубах равна:

Скорость холодного теплоносителя в штуцерах на входе и выходе из теплообменника:

Число Рейнольдса для холодного теплоносителя в трубах:



что соответствует ламинарному режиму течения. Для снижения скорости отложения загрязнений на стенках труб со стороны холодного теплоносителя рекомендуется создавать турбулентное течение. Пересчитаем скорость для турбулентного режима при Re=10000



То же при движении в штуцерах



Тогда расход холодного теплоносителя равен





коэффициент сопротивления трения при турбулентном течении потока:



Гидравлическое сопротивление трубного пространства. Холодный теплоноситель 8 раз входит и выходит из трубного пространства, 3 раза меняет направление движения в распределительных камерах и 2 раза проходит через штуцера. В таком случае потерянный напор составит:







где l_тр – длина трубы, м;

ρ – плотность теплоносителя, кг /м³;

---

λ – коэффициент сопротивления трения;

W_тр и W_штуц – скорости потоков в трубах и штуцерах, м⁄с.

ζ_тр – коэффициент местного сопротивления;

n – число ходов.

Потерянное давление

Δр_п=ρ·g·h_п =1083,5·9,81·1,78 = 18898,45 Па

В процессе конденсации происходит многократное изменение плотности теплоносителя и его объёмного расхода. Поэтому для таких теплоносителей при гидравлическом расчёте вычисляют фактические значения скорости в парообразном и в жидком состояниях во входном и выходном штуцерах, а также внутри теплообменника на входе и выходе, гидравлическое сопротивление не рассчитывают.

Скорость газового потока в штуцерах на входе в кожух конденсатора:

скорость газового потока в межтрубном пространстве Скорость конденсата в межтрубном пространстве Скорость конденсата в штуцере на выходе из межтрубного пространства ,

где G_газ и G_конд – расход газового потока и конденсата, кг⁄с;

ρ_газ и ρ_конд – плотности газа и конденсата, кг/м³.

Расход холодного теплоносителя равен 372321,01 кг/ч (343,62 м³/ч), потерянное давление для трубного пространства для четыреходового вертикального аппарата с длиной труб 6 м составляет 18898,45 , потерянный напор составляет 1,78 м. Скорость холодного теплоносителя в штуцерах на входе и выходе из теплообменника в трубном пространстве .

Скорости в межтрубном пространстве составили: скорость газового потока в штуцерах на входе в кожух конденсатора: скорость газового потока в межтрубном пространстве , скорость конденсата в межтрубном пространстве

---

, , скорость конденсата в штуцере на выходе из межтрубного пространства .

2.7 Энергетический расчёт

По уравнению Бернулли общий напор холодного теплоносителя на выходе из аппарата составит [6]



Для уменьшения энергозатрат примем z=0, тогда



Расход холодного теплоносителя 343,63 м³/ч и напор 1,806 м обеспечивает осевой насос с производительностью 500 – 72000 м³/ч, напором 2 – 200 м, максимальным рабочим давлением до 25 бар (24,65 атм.), с электродвигателем мощностью от 75 до 40000 кВт.

Заключение

Разработан проект кожухотрубного теплообменника типа КНВ для охлаждения и конденсации от 110 до 8 °С газового потока расходом 205 м³ /час, состава 25 % H₂O; 70 % этилового спирта, 5 % воздуха, соотношение массовое. Охлаждающая среда – раствор хлорида кальция в воде, его температура увеличивается от 1 до 65 ℃.

В результате материального расчёта определена производительность аппарата по продуктам: для этилового спирта 521,9 кг/ч, для воды 177,99 кг/ч.

В результате теплового расчёта определено количество тепла, которое необходимо отвести от системы для обеспечения протекания процесса и заданной производительности: 677287,94 кДж/ч.

Установлен расход холодного теплоносителя – CaCl₂(водн):

G = 372321,01 кг⁄ч

V=343,63 м³/ч.

В результате аппаратурного рассчитанная площадь теплообмена составила 209,2 м², подобран стандартный кожухотрубный теплообменник с площадью поверхности теплообмена, равной 240 м², и количеством труб n = 638, размерами труб 20 х 2, внутренним диаметром кожуха 800 мм,

В результате механического расчёта подобран материал для изготовления сталь 12Х18Н10Т, подобраны типы деталей аппарата: цилиндрический кожух, эллиптическое днище, плоская трубная решётка; рассчитаны толщины стенок деталей аппарата: для кожуха 10 мм, для днища 6 мм, для трубной решётки 36 мм, подобраны габариты опорных стоек. Диаметр штуцеров, согласно ГОСТ15121-79, составил = 400 мм,

---

= 150 мм, штуцера на входе и выходе холодного теплоносителя

Рассчитаны напряжения, возникающие в теплообменнике: суммарное напряжение на растяжение в корпусе 34,01 Мн/м², суммарное напряжение на сжатие в трубах 6,737 Мн/м², величина температурных напряжений в трубах 10,625 Мн/м². Условия прочности и надёжности крепления труб в трубных решетках не нарушены, подобранный материал пригоден для изготовления аппарата.

В результате гидравлического расчета были рассчитано сопротивление потоков холодного теплоносителя в трубном пространстве: потерянный напор потерянное давление Δр_п= 18898,45 Па. Определены скорости холодного и горячего теплоносителей: скорость холодного теплоносителя в штуцерах на входе и выходе из теплообменника в трубном пространстве , скорость газового потока в штуцерах на входе в кожух конденсатора: скорость газового потока в межтрубном пространстве , скорость конденсата в межтрубном пространстве, , скорость конденсата в штуцере на выходе из межтрубного пространства .

Для обеспечения работы аппарата выбран осевой насос с мощностью от 75 до 40000 кВт.

Список литературы

1. 
   Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. И доп. –М.: Химия, 1987. –496 С.
   
2. 
   А.К. Кирш, Г.М. Коновалов (ПО «Союзтехэнерго»), Л.Д. Берман, Э.П. Зернова (ВТИ) Методические указания
   по эксплуатации конденсационных установок
   паровых турбин электростанций.
   
3. 
   Испарение, конденсация, кипение. Насыщенные и ненасыщенные пары. Электронная статья [Электронный ресурс] URL: https://physics.ru/courses/op25part1/content/chapter3/section/paragraph4/theory.html#.Y6rX-nZByUk, свободный. – Загл.с экрана. – Яз. Рус. Дата обращения: 14.09.2022.
   
4. 
   Стабников В.Н. Этиловый спирт Стабников В.Н., Ройтер И.М., Процюк Т.Б.С.9-26.
   
5. 
   Аксёнов В.И., Ушакова Л.И., Ничкова И.И. Химия воды. Издательство Уральского университета 2014. С. 8.
   
6. 
   Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты в химической технологии: учебник для вузов. Изд. 3-е. в 2-х кн.: часть 1 – М.: Альянс , 2015. – 400 С.
   
7. 
   Борисов Г. С. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. 496 с.
   
8. 
   Флореа О. расчёты по процессам и аппаратам в химической технологии О. Флореа, О. Смигельский, изд-во «Химия», М., 1971 г. 448С.
   
9. 
   Пахомов В.С. Коррозия металлов и сплавов. Справочник в двух книгах. Книга 2 –М.: Наука и технология, 2013. – 544 С.
   
10. 
    Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник / А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. – Л.: Машиностроение, 1970. – 752 с
    
11. 
    Савельев Н.И. Расчет и проектирование кожухотрубчатых теплообменных аппаратов: учеб. пособие / Н.И. Савельев, П.М. Лукин. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та. 2010. – 80 с.
    

---

Замечания и вопросы к защите:

Материальный баланс должен сходится с точностью до последнего знака после запятой (в данном случае до сотой)

Готовьтесь ответить на вопрос «зачем?» по каждому своему рассчету

Зачем материальный, зачем тепловой, зачем аппаратурный

Тепловой расчет нужен для определения отводимого тепла

На чертеже присутствуют размеры: габаритный, установочный и присоединительный. Габаритные - высота и размер самой широкой части, установочный - размеры между установочными болтами, присоединительный – размеры фланцев (показать на чертеже)

по чертежу объяснить принцип работы аппарата, знать предназначение каждого штуцера и в принципе всех элементов аппарата

Уметь обосновать выбор конструкционного материала

Если есть другие варианты аппаратурного оформления процесса, обосновать, почему выбрали именно данный аппарат

---