Модернизация основного оборудования блока регенерации растворителя на установке депарафинизации (стр. 5 из 15)

-температура изоляционного материала со стороны колонны, ˚С

-температура изоляционного материала со стороны окружающей среды, ˚С

- температура окружающего воздуха, ˚С

= 0,09 – теплопроводность изоляционного материала, Вт/м²

= 9,3∙0,058∙ - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности теплоизоляции в окружающую среду, Вт/м²∙К

= 9,3∙0,058∙35=18,8 Вт/м²∙К

= ; (3.35.)

= ;

Толщина теплоизоляции

= 0,055м

3.2.Технологический расчет теплообменника

3.2.1 Целью расчета является определение основных размеров теплообменника

3.2.2 Исходные данные для расчета

Расход обводненного растворителя Gp = 1кг/с ;

Начальная температура обводненного растворителя : t_1н= 15˚С;

Конечная температура обводненного растворителя : t1к = 65˚С

Нагрев осуществляется насыщенным паром, давлением р=0,1 МПа, с температурой t_2н = 99,1˚С.

3.2.3 Расчет ведем согласно [6]

Расчетная схема теплообменника показана на рисунке 3.3.

3.2.4 Схема распределения температур в теплообменнике

Qn = 99,1˚C ↔ Qn = 99,1˚C

t_1н = 15˚C → t_1кон = 65˚C

˚C ˚C

Средний температурный напорпри противотоке :

; ˚С

3.2.5 Определение тепловой нагрузки

Q=G_P∙C_P∙(t_1k-t_1н), (3.35.)

где С_Р =3268,2 Дж/кг∙К – теплоемкость обводненного растворителя

Q=1∙3268,2∙(65-15) = 163410 Вт

3.2.6 Выбор теплообменника

По рекомендации /6/ принимаем коэффициент теплопередачи от пара к жидкости К_ор = 250 Вт/м²К.

Ориентировочную поверхность теплообменника определяем по формуле :

F_ор=

, (3.36.)

где К=250 Вт/м²К – минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи.

F =

Принимаем теплообменник типа ТУ имеющий следующие характеристики [6]:

D=325 мм ;

=20x2 мм; z=1

F=12,5 м² ; L=2,0м

3.2.7 Уточненный тепловой расчет теплообменника

Скорость движения обводненного растворителя в межтрубном пространстве определяем по формуле :

ω_P =

(3.37.)

где

м² – площадь проходного сечения по межтрубному пространству

кг/м³ – плотность обводненного растворителя

ω_P=

м/с

Критерий Рейнольдса: Re_p =

, (3.38.)

где γ = 0,364∙10^-6 м²∙с - кинематическаявязкость обводненного растворителя.

Rе_р

Критерий Прандтля.

Рr =

, где Вт/м∙К – теплопроводность обводненного растворителя

Рr =

Коэффициент теплопередачи к обводненному растворителю

=

= Вт/м²∙К

Коэффициент теплопередачи от конденсирующего пара, согласно [6],

= 10000 Вт/м²∙К

Коэффициент теплопередачи определяем по формуле :

К=

, где (3.39.)

Где λ =46 Вт/м∙К – теплопроводность углеродистой стали

- термическое сопротивление обводненного растворителя

- термическое сопротивление со стороны пара (конденсата)

Тогда К=

Вт/м²К

Требуемая поверхность теплообменника составляет :

F=

F= м²

Согласно [6] следует, что подходит кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубками длиной L=2,0 м и номинальной поверхностью

=12,5 м² .

При этом запас Δ=

=25%

3.3. Прочностной расчет основных элементов оборудования

3.3.1 Расчет ректификационной колонны

3.3.1.1 Целью расчета является определение толщины стенки обечайки корпуса аппарата, работающего под внутренним давлением.

3.3.1.2 Исходные данные для расчета

- внутренний диаметр обечайки D=0,5 м

- рабочая температура Т=100˚С

- рабочее давление Р= 0,02 МПа

- материал обечайки сталь ВСт3сп

3.3.1.3 Расчет обечайки аппарата

Толщина обечайки корпуса аппарата определяется из условия прочности и устойчивости. Расчет ведем согласно [7],

Исполнительная толщина обечайки аппарата

S≥Sp+С(3.40.)

Где Sp – расчетная толщина обечайки , м;

С=С₁+С₂+С₃ – суммарная прибавка к расчетной толщине стенки, м;

С₁= 0,002м – прибавка для компенсации коррозии и эрозии.

С₂= С₃=0 – прибавка для компенсации минусового допуска и технологического допуска соответственно.

Расчетная толщина обечайки аппарата определяется по формуле :

Sp =

, где φ =1 – коэффициент прочности сварного шва (3.41.)

[σ] = 149 МПа – допускаемое напряжение для стали ВСт3сп при t=100˚C

Sp =

S ≥ 0,0011+0,002 = 0,0032 м

Принимаем толщину стенки обечайки S=5 мм

Пробное давление определяем по формуле :

Р_пр = 1,25∙р∙

, (3.42.)

где [σ]²⁰ = 154 МПа – допускаемое напряжение для стали

ВСт3сп при t=20˚C

Р_пр = 1,25∙0,02∙

МПа.

Давление при гидроиспытании определяем по формуле :

Р_г.u= Р_пр +P_{г ,} где P_г =

=1000∙9,81∙9,5=0,09 МПа (3.43.)

Р_г.u=0,08+0,09=0,17 МПа

Проверяем выполнение условия :

Р_г.u<P∙1,35

Р_г.u < 0,02∙1,35 МПа 1,02>0,028 (3.44)

Условие не выполняется, следовательно нужно производить расчет при гидроиспытании.

Толщина стенки обечайки при гидроиспытании определяется по формуле:

Sp₁ =

, (3.45.)

где

- допускаемое напряжение при гидроиспытании. (3.46.)

МПа – предел текучести для стали ВСт3сп при t = 20˚C

МПа, тогда Sp₁ =