(3)

Тепловую нагрузку Q в соответствии с заданными технологическими условиями находят по уравнению при конденсации насыщенных паров без охлаждения конденсата и при кипении:

Тепловая нагрузка аппарата



Расход воды



При изменении агрегатного состояния теплоносителя его температура постоянна вдоль всей поверхности теплопередачи и равна температуре кипения (или конденсации), зависящей от давления и состава теплоносителя.

В аппаратах с прямо или противоточным движением теплоносителей средняя разность температур потоков определяется как средняя логарифмическая между большей и меньшей разностями температур теплоносителей на концах аппарата.



В соответствии с таблицей II.1[4] принимаем ориентировочные значения коэффициента теплопередачи K_ор (300÷1200[Вт/м²*К] (от конденсирующегося водяного пара к воде.)

(4)

где F_ор – ориентировочное значение требуемой поверхности.



Задавшись числом Рейнольдса Re₂=10000 определим соотношение n/z (количества трубочек к количеству ходов) для теплообменника из труб диаметром:

d _Н=25*2мм, где d – внутренний диаметр труб (мм), n – общее число труб (шт.), z – число ходов по трубному пространству.



Проведём уточнённый расчёт поверхности теплопередачи. В соответствии с таблицей II.4 «Параметры кожухотрубчатых конденсаторов и испарителей в соответствии с ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15119-79, ГОСТ 15121-79» ([4] стр26).

Соотношение n/z принимает наиболее близкое к заданному значение у теплообменников с параметрами:

D=800мм – диаметр кожуха,

d=25*2мм – диаметр трубы

Z=1 – число ходов

n=465 – общее число труб

В зависимости от диаметра труб, эти теплообменники имеют различные поверхности теплопередачи:

Длина труб (м) Поверхность теплообмена (м²)

2 73

3 109

4 146

6 233

Определим действительное число Рейнольдса Re

---

₂



Определим коэффициент теплоотдачи к воде по формуле (11.10) ([4] стр22). Число Рейнольдса Re₂ =6120, значит это переходный режим, т к он удовлетворяет условию 2300


Определим коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб по формуле (11.24) ([4] стр23).



Определим сумму термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара таблица 11.2([4]стр21).

(5)

δ – толщина стенки трубки δ=2,0мм=2*10^-3м

λ – материал: Нержавеющая сталь λ_ст =17,5 Вт/м²*К

тепловая проводимость загрязнений стенок [Вт/м²*К]

- водяной пар содержащий масла, органические жидкости, рассолы, жидкие хладагенты.[Вт/м²*К]

- Пары органических жидкостей, вода дистиллированная.



Определим коэффициент теплопередачи.

(6)
Определим требуемую поверхность теплопередачи.

(7)



Как видно из таблиц 11.4 ([4] стр23) теплообменник с длинной L=3.0м и поверхностью теплообмена 109м² подходит с запасом:



Рассчитанная поверхность вертикально расположенного теплообменника близка к поверхности теплообменника с длинной труб L=2.0м. В теплообменнике расположенном горизонтально, может оказаться выше коэффициент теплоотдачи от пара, имитирующий теплопередачу. Определим его по формуле 11.25 ([4] стр23). Для n горизонтальных труб длиной L (м).

---

(8)

При конденсации пара на наружной поверхности пучка труб из n горизонтальных труб средний коэффициент теплоотдачи несколько ниже, чем в случае одиночной трубы, вследствие утолщения плёнки конденсата на трубах расположенных ниже:

Приближённо можно принять: ε = 0,7 если n≤100

ε = 0,6 если n≥100

в данном случае ε = 0,6 т.к n = 465

тогда:



При этом коэффициент теплоотдачи к воде останется тем же, а коэффициент теплопередачи увеличится.



Определим требуемую поверхность теплопередачи.



5.3 Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубчатого теплообменника

Скорость жидкости в трубном пространстве([4] стр33 формула 11.30):



При переходном режиме 2300
(9)

где e=∆∕d – относительная шероховатость труб.

∆ - высота выступов шероховатостей (в расчётах можно принять ∆=0,2*10^-3м)



Определим скорость воды в штуцерах ([4] стр33 таблица 11.8):



Определим гидравлическое сопротивление ([4] стр35 формула 11.34):



D=800мм-(кожух)

d_Н=25*2мм (труба)

n=465шт (количество труб)

Z=1 (число ходов)

d₁=250мм – диаметр условного прохода штуцеров для трубного пространства при числе ходов по трубам Z=1 ([4] стр27 формула 11.8)

d₂=250мм – диаметр условного прохода штуцеров к межтрубному пространству

4 – число сегментных перегородок при длине труб L=2м, D=800мм в нормализованных кожухотрубчатых теплообменниках ([4]стр27 формула11.9)

0,070 – Площадь самого узкого сечения потока в межтрубном пространстве(м² ) ([4] стр25 формула 11.3).

Данный теплообменный аппарат, горизонтального исполнения, лучше подходит для данных условий эксплуатации. Его длина короче на 33% чем длина вертикально расположенного аппарата. Он имеет меньшую массу и меньшее гидравлическое сопротивление вследствие меньшей суммарной длины пути жидкости по трубам. В реальных заводских условиях теплообменник с габаритами D=800мм, и L=2,5м, легче пронести через дверные проёмы и технологические проёмы зданий. Меньшая грузоподъемность ускорит и обезопасит доставку данного оборудования на рабочее место и дальнейшую транспортировку.

---

5.4 Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки, толщины стандартной эллиптической крышки и днища кожухотрубчатого дефлегматора.

Исходные данные.

Длина обечайки L=2000мм

Внутренний диаметр D=800мм

Рабочее давление P=0,5Мпа=5атм

Температура среды t=20°C

Материал листовой прокат 12Х18Н10Т

Скорость коррозии П=0,1мм/год

Срок эксплуатации τ_В=20лет

Массу воды в аппарате можно не учитывать.

Решение

Определим рабочую температуру стенки аппарата

t= t_с = 20°C

т. к температура среды положительна.

Определим допускаемоё напряжение.

В рабочем состоянии:

[σ] = η * σ^*, (10)

где η – значение поправочного коэффициента в зависимости от вида заготовки.

η=1 – листовой прокат.

σ^* - нормативное допускаемое напряжение для теплостойких и кислотостойких сталей (МПа) ([стр11 таблица 1.3])

σ^* = 160 МПа для сталей 12Х18Н10Т, при температуре t=20°C

[σ] = η * σ^* = 1*160 = 160Мпа

При гидравлических испытаниях:

(11)

σ_Т20 – минимальное значение предела текучести теплостойких и кислотостойких сталей (МПа), при температуре t=20°C

σ_Т20=240МПа ([стр282 таблица II]).



Расчётное значение внутреннего избыточного давления

P_P=P=0.5МПа

Определим пробное давление при гидравлическом испытании

(12)

где

[σ] = η * σ^* = 1*160 = 160Мпа, при температуре t=20°C, для сталей 12Х18Н10Т.



φ=1 – коэффициент прочности продольных сварных швов обечайки, так как принято, что швы с двусторонним сплошным проваром выполняются автоматической сваркой (см. таблицу 1.7 стр. 13).

Прибавки к расчётной толщине стенки:

-для компенсации коррозии С_К=П*τ_В=0.1*20=2мм

эрозии С_Э=0

Принимая С₂=0 и С₃=0 получим:

С=С₁=С_К=2мм

Определим расчётную и исполнительную толщину стенки цилиндрической обечайки.



Определим толщину стенки S=S_P+С+С₀=1.5+2+0.2=3.7≈4(мм).

где

С₀=0.2мм из условия округления толщины стенки до ближайшей большей стандартной толщины. (ГОСТ 19903-74).

---

Так как

0.0025≤0.1, тогда условие применимости формул выполняется. Таким образом, при толщине стенки S=4мм обеспечивается прочность цилиндрической обечайки дефлегматора, как в рабочем состоянии, так и при гидравлических испытаниях.

5.5 Расчет на прочность и герметичность фланцевого соединения аппарата

Исходные данные:

Внутренний диаметр D = 800мм = 0,8м

Толщина обечайки S = 4мм = 0,004м

Внутреннее давление P_P = 0,5МПа

Температура t = 20°C

Материал фланца сталь 12Х18Н10Т

Материал болтов сталь 35Х

Коэффициент прочности сварных швов φ = 1

Фланцы не изолированные, приварные в стык, имеют уплотнительную поверхность типа "Шип-паз". Внешние изгибающие моменты и осевая сила отсутствуют.

Решение

Определим конструктивные размеры фланца. Принимаем толщину втулки S₀=5мм, что удовлетворяет условию:

S0<1.3S (1.3*4=5.2)

4<5<5.2

и S₀-S<5мм

5-4=1<5

Определим толщину S₁ у основания втулки, приварного в стык фланца по формуле (1.113 стр.94), при этом β₁ принимаем по (рис.1.39 стр.95).

S₁=β₁ * S₀

При

β₁=2.5 (по графику β₁ определим)

S₁=2.5*5=12.5≈13

Определим высоту втулки по (формуле 1.114 стр.94) для фланца приварного встык.

(13)

где i-уклон втулки



Принимаем

Определим эквивалентную толщину втулки фланца

(14)



Определим диаметр D_б болтовой окружности фланца приварного встык по формуле (1.116 стр. 95)

D_б≥D+2*(S₁+d_б+u) (15)

где

u – нормативный зазор между гайкой и втулкой (u=4÷6мм)

d₀ – наружный диаметр болта, выбираем по таблице (1.40 стр.94), тогда

u=4мм d_б=20мм приP_P=0.5Мпа

D=800мм

D_б≥D+2*(S₁+d_б+u)

D_б≥800+2*(13+20+4)

D_б≥874мм

Принимаем D_б=874мм=0.874м

Определим наружный диаметр фланца по формуле (1,119 стр. 95)

D_Н=D_б+а (16)

где

а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца, принимаем по (таблице 1.41стр.95)

а=40мм (для гаек шестигранных, обычных)

D_H=D_б+а

D_H=874+40

D_H=914мм

Принимаем D_H=920мм

Определим наружный диаметр прокладки по формуле (1.120 стр. 96) для приварных встык и плоских фланцев.

D_HП=D_б-е (17)

где

е – нормативный параметр, зависящий от типа прокладки и принимаемый по (таблице 1.41 стр.95).

D_HП=D_б-е

D_HП=874-30

D_HП=844

Принимаем D_HП=844мм

Определим средний диаметр прокладки

D_СП=D_НП-б (18)

где

б – ширина прокладки принимаемая по (таблице1.42 стр.96)

Для плоских неметаллических прокладок выбираем 14мм, при диаметре D = 800мм.

D_С.П=D_Н,П-б

D_С.П=844-14

D_С.П=830мм

Принимаем D_С.П=830мм=0.83м

Определим количество болтов, по (формуле 1.123 стр. 96) необходимое для обеспечения герметичности соединения.

(19)

где

t_ш – рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираемый в зависимости от давления по (таблице 1.43 стр.97). t_ш=4.3 (по таблице),

тогда

t_ш=4.3*d_б=4.3*20=86мм

шаг расположения болтов при P_P=0.5Мпа выбираем по таблице.

₍₂₀₎



принимаем количество болтов кратное четырём n_б=32.

Определим высоту (толщину) фланца по (формуле 1.124 стр.96).

(21)

где λ_Ф=0.22

Принимаем h_Ф=20мм=0.02м.

Определим расстояние между опорными поверхностями гаек для фланцевого соединения с уплотнительной поверхностью типа "Шип-паз" (ориентировочно).

L_б,о≈2*(h_Ф+h_П) (22)

где h_П=2мм – высота (толщина) стандартной прокладки.

L_б,о≈2*(20+2)=44=0.044м

Определим нагрузки, действующие на фланец

Равнодействующая внутреннего давления F_Д(формула 1.127 стр.97)



Реакция прокладки R_П по (формуле 1.128 стр.97)

(23)

где - коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки (таблица 1.44 стр.98)

- для паронита

b₀ – эффективная ширина прокладки





Усилие, возникающее от температурных деформаций по (формуле 1.137 стр.100).

(24)

где - коэффициент линейного расширения материала фланцев 12Х18Н10Т по (таблице ХI стр.286)

- коэффициент линейного расширения материала болтов 35Х по (таблице ХI стр.286)

10000>

1   2   3

---

Смотрите также файлы

• Топты интеграция.docx

• Методические рекомендации по суммативному оцениванию по предмету Алгебра и начала анализа.docx

• Образовательный кредит Сбербанка с государственной поддержкой.pdf

• Закон от 24. 04. 1995 n 52фз (ред от 11. 06. 2021) "О животном мире".pdf

• Практическая работа 1.docx