Температура пара в процесі конденсації не змінюється, тому tср1 = Тп = 191,7 0 С, а середня температура води. tср 2 = tср 1 -
tср = 191,7-123,7 = 68 0 С.
1.4 Вибір теплофізичних характеристик теплоносіїв
Теплофізичні властивості теплоносіїв визначаємо при їх середніх температурах і заносимо в таблицю 1.
Таблиця 1 Теплофізичні властивості теплоносіїв
1.5 Орієнтовний розрахунок площі поверхні апарату. Вибір конструкції апарату
Орієнтовним розрахунком називається розрахунок площі теплопередающей поверхні по орієнтовним значенням коефіцієнта теплопередачі К, обирається з [1, табл. 1.3]. Приймаємо К = 800 Вт / (м 2 × К), оскільки теплота передається від конденсується пара до води, тоді орієнтовне значення площі апарату за формулою (1)
Для виготовлення теплообмінника виберемо труби сталеві безшовні діаметром 25х2 мм.
Необхідна кількість труб в апараті n, що забезпечує таку швидкість, визначимо з рівняння:
де n - кількість труб в апараті, шт .;
d - внутрішній діаметр труб, м;
Приймаємо штуцера зі сталевими плоскими приварними фланцями з з'єднувальним виступом (тип 1 - рис. 10).
Мал. 10 Фланець для штуцерів
Вибираємо по Dу і ру = 0,6 МПа [3, табл. 21.9].
Основні розміри фланців:
· Фланці штуцерів для введення і виведення води - Фланець 50-3 ГОСТ 1255-67: Dу = 50 мм, Dб = 110 мм, D Ф = 140 мм, h = 13 мм, z = 4 шт, dб = 12мм;
· Фланець штуцера для введення водяної пари - Фланець 100-3 ГОСТ 1255-67: Dу = 100 мм, Dб = 170 мм, D Ф = 205 мм, z = 4 шт, h = 15 мм, dб = 16 мм;
· Фланець штуцера для виведення конденсату - Фланець 30-3 ГОСТ 1255-67: Dу = 32 мм, Dб = 90мм, D Ф = 120 мм, h = 15 мм, z = 4 шт, dб = 18 мм.
Для приєднання кришок до корпусу апарата використовуємо тип 2 діаметром 325 мм (рис. 10).
Мал. 11 Фланець для апарату
За [3, табл. 21.9] вибираємо основні розміри фланців для апарату: фланець I-325-3 ГОСТ 1235-67: Dб = 395 мм, D Ф = 435 мм, h = 20 мм, dб = 20 мм, z = 12т; прокладка - пароніт ГОСТ 481-80.
2.6 Перевірка необхідності установки компенсуючого пристрою
Жорстке кріплення трубних решіток до корпусу апарату і труб в трубній решітці зумовлює виникнення температурних зусиль в трубах і корпусі (кожусі) при різних температурах їх напрямки та може призвести до порушення розвальцьовування труб в гратах, подовжньому вигину труб і інших несприятливих явищ.
У разі якщо труби нагріваються сильніше, ніж кожух, вони стають довшими кожуха і тиснуть на трубні решітки, прагнучи подовжити і сам корпус (кожух). Якщо напруги, що виникають при цьому в матеріалі трубок і кожуха, перевищують допустимі, то з'являється необхідність установки компенсуючого пристрою (лінзи, плаваючої головки і т.п.).
За даними [1 табл.1.7] допускається різниця температур кожуха і труб (що не вимагає установки компенсуючого пристрою) при тиску Рy
1,6 МПа складає 60 о С.
Для розглянутого теплообмінного апарату температура стінки трубок
(Див. Підрозділ 1.7), а мінімальна температура кожуха може бути прийнята рівною температурі пара, тобто tст (к) = 133 о С.
Різниця температур кожуха і трубок
отже, установка компенсуючого пристрою не потрібно.
2.7 Опори апарату
Хімічні апарати встановлюють на фундаменти або спеціальні несучі конструкції за допомогою опор. Тип опори вибирають в залежності від конструкції обладнання, навантаження і способу установки. При установці вертикальних апаратів широко застосовуються лапи на підлозі або на фундаментах. При наявності нижніх опор апарат встановлюють на три або чотири точки, при підвісці між перекриттями - на три лапи і більш.
Розрахункове навантаження, сприйняту опорою апарату, визначають по максимальній силі тяжкості його в умовах експлуатації або гідравлічного випробування (при заповненні апарату водою) з урахуванням можливих додаткових зовнішніх навантажень від сили тяжіння трубопроводів, арматури і т. Д. Вага апарату (з рідиною) ділиться на число "лап", і по допустимому навантаженні на опору вибирають її основні розміри по [1, табл. 2.13].
Приймаємо число лап рівним 3, а допустиме навантаження дорівнює 4000 Н.По [1, табл. 2.13] вибираємо основні розміри опор вертикального апарату при допустимому навантаженні 4000 Н: a = 75 мм, a1 = 95 мм, b = 95 мм, з = 20 мм, c1 = 50 мм, h = 140 мм, h1 = 10 мм, S1 = 5 мм, k = 15 мм, k1 = 25 мм, d = 12 мм.
Мал. 12 Опора вертикального апарату
3. Гідравлічний розрахунок
Мета гідравлічного розрахунку - визначення величини опорів різних ділянок трубопроводів і теплообмінника і підбір насоса, що забезпечує задану подачу і розрахований напір при перекачуванні води.
Теплоносії повинні подаватися в теплообмінний апарат під деяким надлишковим тиском для того, щоб подолати гідравлічний опір апарату та системи технологічних трубопроводів за апаратом, перемістити теплоносій з однієї точки простору в іншу (наприклад, підняти його) і мати можливість повідомити йому додаткову швидкість. При цьому теплоносій повинен володіти достатньою енергією в заданій точці технологічної схеми.
Втрати енергії рідиною і газами при їх русі, обумовлені внутрішнім тертям, визначають величину гідравлічного сопротіленія [1, с. 79].
3.1 Розрахунок гідравлічних опорів трубопроводів і апаратів, включених в них
Теплообмінні апарати включаються в трубопроводи, що входять до складу насосних установок, що утворюють технологічні схеми різних харчових або хімічних галузей промисловості. Розрахунку належить схема насосної установки, пропонована в завданні на проектування.
Розрізняють два види гідравлічних опорів (втрат напору): опір тертя і місцеві опори:
. Для розрахунку втрат напору по довжині користуються формулою Дарсі-Вейсбаха [2]:
,
За даними таблиці 2 будуємо характеристику трубопроводу Нтр = f (V), відклавши на осі ординат величину Нст = 55,3 м.
Точка перетину характеристик насоса і трубопроводу визначає робочу точку А. Координати робочої точки:
VА = 16 м 3 / год = 0,0044 м 3 / с; Н = 66 м;
%;
Так як VА = 16 м 3 / год більше заданої подачі VА = 14,4 м 3 / ч, то необхідно відрегулювати роботу насоса на мережу одним із способів: прикриттям засувки на напірної лінії (дроселювання); зменшенням частоти обертання валу робочого колеса насоса; обрізанням робочого колеса.
Розрахунок курсового проекту складається з трьох основних розрахунків: теплового, конструктивного та гідравлічного.
В тепловому розрахунку визначили необхідну площу теплопередающей поверхні, в нашому випадку F = 17,5 м 2. яка відповідає заданій температурі і оптимальним гідродинамічним умовами процесу. За отриманими розрахунковим шляхом даними вибрали теплообмінник
гр. А ГОСТ 15122-79.
У конструктивному розрахунку зробили розрахунок діаметрів штуцерів, вибрали конструкційні матеріали для виготовлення апаратів, трубних решіток, спосіб розміщення і кріплення в них теплообмінних трубок і трубних решіток до кожуха; конструктивну схему поперечних перегородок і відстані між ними; розподільні камери, кришки і днища апарату; фланці і прокладки.
У гідравлічному розрахунку вибрали необхідний насос за отриманим необхідному напору, в нашому випадку Hтр = 64,4 м і задана подача V = 4 · 10 -3 м 3 / с (234 м 3 / год) вибираємо насос CR 15-6, потужність якого 5,5 кВт, який забезпечує задану подачу і розрахований напір при перекачуванні води.
Список використаних джерел
2. Павлов К.Ф. Приклади і задачі по курсу процесів і апаратів хімічної технології: Учеб. посіб. для студ. хіміко-технол. спец. вузів / К.Ф. Павлов, П.Г. Романків, А.А. Носков; Під ред. П.Г. Романкова. - 8-е изд. перераб. і доп. - Л. Хімія, 1976. - 552 с.
3. Лащинський А.А. Основи конструювання і розрахунку хімічної апаратури. Довідник / А.А. Лащинський, А.Р. Толчинский; Під ред. М.М. Логінова. - 2-е вид; перераб. і доп. - Л. Машинобудування, 1970. - 753 с.