«Спроектировать кожухотрубный теплообменник для конденсации паров метанола в составе ректификационной установки» (стр. 1 из 2)
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка: с., 7 рис., 3 табл.,
1 приложение, 7 источников.
Графические материалы: технологическая схема установки, сборочный чертёж аппарата, сборочные чертежи узлов – всего 3 листа формата А1.
Тема проекта: « Спроектировать кожухотрубный теплообменник для конденсации паров метанола в составе ректификационной установки ».
Приведены теоретические основы и особенности процесса теплообмена, выполнены технологические, проектные и прочностные расчеты, расчет гидравлического сопротивления, обоснован выбор материалов для изготовления аппарата.
Расчетами на прочность и герметичность показана надёжность работы запроектированного аппарата.
Ключевые слова: АППАРАТ, УСТАНОВКА, МЕТАНОЛ, КОНДЕНСАТОР, ТРУБНЫЙ ПУЧОК, РАСЧЁТ, ОПОРА.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
1. Теоретические основы разрабатываемого процесса. 6
Обоснование выбора конструкции аппарата и материалов
2.Технологические и проектные расчеты аппарата 10
2.1 Описание технологической схемы установки 10
2.2 Устройство и принцип работы аппарата 11
2.3 Материальные балансы и технологические
расчеты 13
2.4 Конструктивные расчеты 20
2.5 Тепловые балансы и расчеты 24
2.6 Гидравлическое сопротивление аппарата 26
3. Прочностные расчеты аппарата 29
3.1 Расчет толщины стенки аппарата 29
3.2 Расчет толщины стенки крышки аппарата 32
3.3 Расчет и выбор опоры 33
Список литературы 36
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Процессы и аппарата, общие для различных отраслей химической технологии, получили название основных процессов и аппаратов. В химической промышленности осуществляются разнообразные процессы, в которых исходные материалы в результате химического взаимодействия, представляют глубокие превращения, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ. Наряду с химическими реакциями, являющимися основной химико-технологический процессов, последние обычно включают многочисленные физические (в том числе и механические) и физико-химические процессы.
К таким относятся: перемещение жидкостей и твёрдых материалов, изменение и классификация последних, сжатие и транспортирование газов, нагревание и охлаждение веществ, их перемешивание, разделение жидких и газовых неоднородных смесей. При этом способ проведения указанных процессов часто определяет возможность осуществления, эффективность и рентабельность производственного процесса в целом.
Теплообменное оборудование составляет основу аппаратного парка большинства химических и нефтехимических производств. Поэтому рациональное проектирование этого типа оборудования и установок в целом с применением современных методов технологических расчётов и расчётов на прочность и надёжность существенно скажется на технико-экономических показателях производства в целом.
Задачей данного курсового проекта является разработка теплообменного аппарата для конденсации паров метанола в составе ректификационной установки.
1. Теоретические основы разрабатываемого процесса.
Обоснование выбора конструкции аппарата и материалов
Теплообменом называется процесс переноса теплоты происходящий между телами, имеющими различную температуру. При этом теплота переходит самопроизвольно от более нагретого к менее нагретому телу. Теплообмен между телами представляет собой обмен энергией между молекулами, а томами и свободными электронами, в результате, которого интенсивность движения частиц более нагретого тела снижается, а менее нагретого возрастает. В результате передачи теплоты происходит и рассматриваемый в данной работе процесс нагревания.
Тела, которые участвуют в теплообмене, называются теплоносителями.
Теплообменные процессы могут происходить только при наличии разности температур между теплоносителями, т. е. разность температур - движущая сила процесса теплообмена.
Немаловажным фактом является также направление движения теплоносителей. От него сильно зависит характер процесса. Существует несколько схем движения потоков теплоносителей. Прямоточная схема — горячий теплоноситель взаимодействует с холодным через стенку, при этом потоки направлены параллельно друг другу и в одном направлении, противоточная - потоки параллельны, но направлены в противоположные стороны, и перекрёстная потоки направлены под углом относительно друг друга.
Расчет теплообменного аппарата включает определение необходимой поверхности тепло пере дачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющих заданным технологическим условиям оптимальным образом. Необходимую поверхность теплопередачи определяют из основного уравнения теплопередачи:
(1.1)где:
F – площадь теплообмена , м2;
∆tср – средняя температура процесса;
К – коэффициент теплоотдачи;
Q – тепловая нагрузка.
тепловую нагрузку Q в соответствии с заданными технологическими условиями находят по одному из следующих уравнений:
Если агрегатное состояние теплоносителей не меняется:
Q = G·С·(t1- t2) (1.2)
При конденсации насыщенных паров без охлаждения конденсата:
Q = G·г (1.3)
При конденсации перегретых паров с охлаждением конденсата:
Q = G·(I1- с2t2) (1.4)
где I — энтальпия перегретого пара
Материалы для изготовления химических аппаратов и машин нужно выбирать в соответствии со спецификой их эксплуатации, учитывая при этом возможное изменение исходных физико-химических свойств материалов под воздействием рабочей среды, температуры и протекающих химико-технологических процессов. При выборе материалов для аппаратуры необходимо руководствоваться отраслевым стандартом ГСТУ 3-17-191-2000.
Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.
Определяем запас поверхности по формуле [1]:
Δ= 
(2.23)2.4 Конструктивные расчеты
По формуле [3]:
(2.24) Определяем диаметры патрубков для рабочих сред при их параметрах (затраты, скорости и плотность)
Скорости движения теплоносителей:
-для жидкостей: 0,1 - 0,5 м/с - при самотёке;
0,5 - 2,5 м/с - в напорных трубопроводах;
- для пара 15 - 40 м/с;
Диаметр патрубка для входа паров метанола в аппарат (при плотности паров метанола ρn= 2,7 кг/м3)
м;Принимаем равным 125 мм .
Диаметр патрубка для выхода конденсата метанола (при плотности конденсата бензола ρa = 744 кг/м3)
м.Принимаем равным 100 мм.
Диаметр патрубка для входа воды в аппарат
м.Принимаем равным 100 мм.
Диаметр патрубка для выхода воды из аппарата
м.Принимаем равным 100 мм.
2.5 Гидравлическое сопротивление аппарата
Проверяем условия выбора уравнение для расчета коэффициенту трение жидкости по стенке труб. Так как значение критерия Рейнольдса равняется Rе = 4338, этот режим движения жидкости в трубках теплообменника есть переходной. Тогда коэффициент трения определяем по формуле:
Для приблизительных расчетов можно принимать следующие значения абсолютной шероховатости, мм:
Трубы стеклянные и чистые цельнотянутые из латуни и меди – 0,0015-0,01; стальные новые – 0,06-0,1;
Стальные, которые было в использовании, с незначительной коррозией – 0,1-0,2.
Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.3.6 Расчет и выбор опоры
Определяем максимальные нагрузки.
Масса теплообменника согласно табл. 11.10[4]:
mисп=590 кг.
Масса жидкости в теплообменнике при гидроиспытании (полное заполнение):
mж=ρж(2Vдн+0,785∙D2lц),
(3.71)где Vдн – объем эллиптического днища по ГОСТ 6533-78, м3, Vдн =0,0352 м3 [2];
lц – длина цилиндрической обечайки, м;
ρж – плотность жидкости кг/м3, ρж=1000 кг/м3.
Mж=1000∙(2∙0,0352+0,785∙0,273∙4,5)=690 кг
Общая масса испарителя с жидкостью
m= mисп+mж= 590+690=1280 кг (3.72)
Переходим к весу:
G = m∙g= 1280∙9,81=43949 Н=0,0439 МН. (3.73)
Принимаем допущение о равномерном распределении нагрузки на две седловые опоры. Тогда поперечная сила над опорой и максимальный изгибающий момент в середине аппарата равны соответственно [2]:
Qmax=0,5∙Gmax=0,5∙0,0439=0,0219 МН=21,95 кН. (3.74)
Горизонтальная сила (перпендикулярная к оси аппарата):
P1=K18 ∙Qmax=0,24∙0,0219=0,00527 MH, (3.75)
где К18 – коэффициент, определяемый по рис. 14.21 [2] как функция от угла
(см. рис. 3.4).Горизонтальная сила трения (параллельная оси аппарата):
Р2=0,15∙Qmax=0,15∙0,0219=0,00328 MH. (3.76)