Курсовой проект АВО. курсач (Восстановлен). 1 Физикохимические основы процесса 2 Технология процесса

• Название: 1 Физикохимические основы процесса 2 Технология процесса
• Анкор: Курсовой проект АВО
• Дата: 02.04.2022
• Размер: 128.9 Kb.
• Имя файла: курсач (Восстановлен).docx
• Тип: Реферат; #436680
• страница: 2 из 3

6. Коэффициент теплопередачи для пучка гладких труб.

Для биметаллических труб (бронза-алюминий) и загрязнений поверхности

теплообмена (внутренней и наружной) коэффициент определяется по формуле (25):

(25)

где - тепловое сопротивление внутреннего слоя загрязнения (принимают для прямогонного керосина равным 0,00041 ( );

- тепловое сопротивление латунной стенки трубы при и ;

- тепловое сопротивление алюминиевого слоя трубы при и ;

- тепловое сопротивление наружного слоя загрязнения, выбирают в пределах 0,0002-0,001 ( ), для дальнейшего расчета принимаем эту величину равной 0,0003( );

₁ =945 806,21ккал/(м²*ч*С);

а₂ = 53,7 ккал/(м²*ч*С).

Подставив эти величины в формулу получают:

ккал/(м²*ч*С).

7 Средний температурный напор

При многоходовом потоке теплоносителя в трубном простран­стве холодильника (в нашем случае керосин) и одноходовом по­токе теплоносителя в межтрубном пространстве (в нашем случае воздух) средний температурный напор определяется по методу

Н.И. Белоконяпо формуле (26):

(26)

где - средний температурный напор, ^oC;

, – соответственно большая и меньшая разности температур, определяемые по формулам (27) и (28):

(27)

(28)

где - разность среднеарифметических температур горячего и холодного теплоносителей.

Разность среднеарифметических температур находят по формуле (29):

(29)

Рассчитывают -характеристику разности температур по формуле(30):

(30)

где - перепад температур в горячем потоке;

- перепад температур в холодном потоке;

Р – индекс противоточности. Принимают Р=0,98.

Имеют:

^оС

= 60 - 26=34 ^оС

=24,5 38,5^оС

^оС

^оС

^оС

Тогда:

^оС

Проверяют температуру стенки трубы.

Температуру стенки трубы со стороны бензина находят по формуле(31):

(31)

^оС

где к принимается равным 48,8.

Найденная температура будет близка к ранее принятой =70^oC.

8. Коэффициент теплоотдачи при поперечном обтекании воздухом пучка оребренных труб.

При спиральном оребрении труб, расположенных в шахматном порядке, для определения коэффициента теплоотдачи пользуются формулой (32):

(ккал/м²*ч*С) (32)

где – коэффициент теплопроводности воздуха при его средней температуре;

- плотность воздуха при , (кг/ );

- скорость воздушного потока в сжатом (узком) сечении одного ряда труб оребренного пучка, м/с;

µ - динамическая вязкость воздуха при ;

Pr– критерий Прандтля при ;

- средняя толщина ребра, м.

D₁ (=0,042 м) – наружный диаметр трубы, м

D₂ (=0,059) – внешний диаметр трубы, м.

Величину определяют по формуле (33):

(33)

где - скорость набегающего воздушного потока при входе в трубный пучок, т.е. в свободном сечении перед секциями оребренных труб;

( - поперечный шаг оребренных труб, принимаемый 60 мм); 60/42=1,43

- высота ребра

шаг ребер .

Скорость набегающего воздушного потока определяют по формуле (34):

(34)

где - действительный секундный расход воздуха, м/с;

– фронтальное к потоку воздуха сечение аппарата (ранее принято).

аким образом:



Среднюю толщину ребра определяют по формуле (35):

(35)

где – толщина ребра в его вершине (из расчетных данных);

- толщина ребра в его основании (из расчетных данных).



Скорость воздушного потока в сжатом сечении:



Динамическая вязкость воздуха при t_ср.2 определяют по формуле (36):

= v* = (кг/м*с)(36)

где числовые значения v и взяты с таблицы 4.1.

Подставляя в формулу значения всех величин, получают:

(ккал/м²*ч*С)

9. Приведенный коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха в случае пучка оребренных труб.

Приведенный коэффициент теплоотдачи учитывает конвективный теплообмен между оребренной поверхностью и потоком воздуха и передачу тепла теплопроводностью через металл ребер. Его величину необходимо знать, чтобы определить коэффициент теплопередачи К.

В литературе отсутствуют надежные данные, позволяющие подсчитать а_пр. для случая ребристой спиральной поверхности.Ввиду малого шага спирали определяем приведенный коэффициент теплоотдачи по формуле (37) для дисковых (круглых) ребер:

] (37)

где – поверхность ребер, приходящаяся на 1м длины трубы, ;

- полная наружная поверхность 1м оребренной трубы, ;

E- коэффициент эффективности ребра, учитывающий понижение его

температур по мере удаления от основания; находится по графику рис.4.2 [10,с.52];

- экспериментально найденный коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по поверхности ребра;

- коэффициент, учитывающий трапециевидную форму сечения ребра; находят по графику рис.4.3 [10,с.52];

тепловое сопротивление загрязнения наружной поверхности трубы, принимаемое равным тепловому сопротивлению наружного загрязнения поверхности гладких труб.

_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией для пучка труб оребренных, (ккал/м²*ч*С).







Рисунок 4.2 – График для определения коэффициента Е



Рисунок 4.3 – График для определения коэффициента

Находят поверхность ребер, приходящуюся на 1 м длины трубы по формуле (38):

, (м²/м) (38)

где X=290 – число спиральных витков ребер, приходящихся на 1 м длины трубы (из характеристики труб,п.3).

м²/м

Определяют наружную поверхность участков гладкой трубы между ребрами, приходящуюся на 1 м длины трубы по формуле (39):

(39)



Полная наружная поверхность 1 м оребренной трубы определяется по формуле (40):

(40)



Вычисляют соотношения, необходимые для пользования графиком рис.4.2 для определения коэффициента Е по формуле (41) и графиком рис.4.3 для

определения коэффициента по формуле (42):

= (41)

= (42)

Чтобы учесть наружные загрязнения труб, необходимо вычислить подкоренные выражения аргументов графических зависимостей (рис.4.2 и 4.3) и поделить их на величину .

Получают:

(43)



Здесь = 175 ккал/(м*ч*С) – коэффициент теплопроводности алюминиевого ребра (постоянная величина, принимается).

Так как D₂- D₁ =2h_p,

то

2h_p (44)

2h_p

Определяют по рисунку 4.2 коэффициент Е и по рисунку 4.3 коэффициент : Е =0,976, =1,007.

Определяют приведенный коэффициент теплоотдачи:

]=39,1 ккал/(м²*ч*С)

10. Коэффициент теплоотдачи для пучка оребренных труб.

Ведут расчет на единицу гладкой поверхности трубы по формуле (45):

, ккал/(м²*ч*С) (45)

где - поверхность гладкой трубы(по наружному диаметру), приходящаяся на 1 м ее длины, м²/м.

Поверхность гладкой трубы определяют по формуле (46):

(46)



Все остальные величины и обозначения – прежние.

Получают:



ккал/(м²*ч*С)

При прочих условиях оребрение гладкой поверхности трубы со стороны воздуха приводит к значительному увеличению теплопередачи

(в .

Очевидно, во столько раз должна быть больше поверхность теплообмена аппарата, если ее выполнить из гладких труб.

11. Поверхность теплообмена холодильника и компоновка труб в нем.

Находят поверхность теплообмена холодильника с оребренными трубами, отнесенную к гладким трубам, так как значение К для этих труб также рассчитывалось на единицу гладкой поверхности трубы по формуле (47):

(47)



Количество труб определяют по формуле (48):

(48)

где - поверхность теплообмена одной трубы.

Если бы наружная поверхность труб не была оребрена, то поверхность теплообмена аппарата, как выше сказано, была бы определена по формуле (49):

(49)



При ранее принятом (см.п.8) поперечном шаге оребренных труб в пучке

S₁=60мм число n труб в одном горизонтальном ряду определяют по формуле (20):

B=(n-1)S₁+D₂

где B=6000мм (ранее принятый)

D₂=59 мм

Отсюда:

(50)



Определим число n₁ труб для одного хода керосина в пучке (при принятой ранее скорости движения керосина =1м/сек) по формуле (51):

(51)



Поэтому принимаем в одном горизонтальном ряду пучка n=99 труб, а не 100, чтобы в каждом из горизонтальных рядов было по три хода керосина.

Найдем число m горизонтальных рядов в пучке по формуле (52):

m= = (52)

Принимаем mс некоторым запасом m=6. При этом действительное (подлежащее установке) число труб определяют по формуле (53):

N_д = n*m=99*6=594 (53)

Тогда окончательную величину поверхности теплообмена аппарата

определяют по формуле (54):

F = N_д * F₁ =594*0,792=470 м²(54)

Толщину Н трубного пучка определить просто. При шахматном расположении труб и их поперечном шаге S₁=60мм , толщина пучка определяется по формуле (55):

Н=(m-1) S₁ +D₂ (55)

Н=(6-1) 60+59=359 мм.

12. Аэродинамическое сопротивление пучка труб.

Определяют аэродинамическое сопротивление пучка труб по формуле (56):

м²) (56)

где - плотность воздуха при его начальной температуре;

– скорость воздуха в сжатом (узком) сечении оребренного трубного пучка;

- число горизонтальных рядов труб в пучке;

- наружный диаметр трубы, м;

S_p – шаг алюминиевых ребер, м;

Re - критерий Рейнольдса, отнесенный к диаметру .

Критерий Рейнольдса определяют по формуле (57):

= (57)

где =17,26*10^-6( м²/сек) – кинематическая вязкость воздуха при его t_ср.2 =43^оС(данные берут в таблице 4.1)

Подставляя указанные величины в формулу, получают:

м²)

Принятый выше вентилятор ЦАГИ УК-2 развивает напор Р_в = 35 кг/м², поэтому он с запасом по производительности и напору обеспечит работу холодильника.

13. Мощность электродвигателя к вентилятору.

Определяют расход электроэнергии для вентилятора (в кВт) по формуле (58):

(58)

где - к.п.д. вентилятора (принимается);

- производительность вентилятора (=250000 м³/ч);

– напор, создаваемый вентилятором, кг/м³.

Подставив численные значения, получают:



При подборе электродвигателя расчетную мощность следует увеличить на 10% для обеспечения пуска двигателя. Поэтому действительную мощность двигателя определяют по формуле (59):

(59)



13. Расчет и подбор патрубков для отвода и подвода потоков.

Расчет диаметра патрубков проводим по формуле (60) :

(60)

Сначала пересчитываем кг/ч на кг/с : 8500,77:3600=2,36 кг/с.

Рассчитываем диаметр патрубка для входа сырья - керосина:



Подбираем стандартный патрубок d_y= 100 мм.

Для выхода керосина примем патрубок d_y= 100 мм.

Следующие размеры патрубков принимаем из регламента установки:

Таблица 4.3 – Основные размеры фланцев арматуры, соединительных частей аппаратов, трубопроводов.

Наименование патрубков	Dy	Dн	D	Dб	D1	d1	h	z
Для входа сырья	100	108	205	170	148	М16	14	4
Для выхода охлажденного сырья	100	108	205	170	148	М16	14	4

Требования, предъявляемые к аппарату

Аппарат должен обеспечивать заданный технологический режим (температура, давление). Быть изготовлен из стандартных узлов и деталей. Обеспечивать требования безопасности. желательно чтобы аппарат занимал небольшую площадь, был удобным в эксплуатации, ремонте, чистке, осмотре, транспортировки.

Выбор конструктивного материала

Материалы, необходимые для изготовления химических аппаратов выбирают в зависимости от спецификации их эксплуатации. При этом необходимо учитывать свойства материалов при соприкосновении с используемыми веществами. При выборе материалов нужно учитывать

рабочие условия: температуру, давление, концентрацию веществ. Также необходимо учитывать механические свойства материалов, предел прочности, коррозионную стойкость, взаимное напряжение движущих и рабочих сред и др. Проектируемый аппарат изготавливаем из стали марки 08Х18Н10Т.

Химический состав

Таблица 5.1 – Химический состав

Химический элемент	%
Углерод, не более	0,08
Кремний, не более	0,8
Марганец, не более	2,0
Никель	9,0-11,0
Титан	0,6-0,8
Фосфор, не более	0,035
Хром	17,0-19,0
Сера, не более	0,020

Характеристика стали 12Х18Н10Т

Хромоникелетитановая аустенитная сталь 12Х18Н10Т получила наибольшее распространение в промышленности ввиду возможности успешного использования ее в разнообразных эксплуатационных условиях. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде жидких сред, устойчива против межкристаллитной коррозии.

Химический состав марки утвержден ГОСТ 5632-72 нержавеющих сталей аустенитного класса.

Основные преимущества 12Х18Н10Т: большая пластичность и ударная вязкость.

Наилучшей термической обработкой для сталей этого класса является закалка с температурой 1050-1080 ^оС в воде, после процесса закалки механические свойства отличаются высокой вязкостью и пластичностью, но низкими прочностью и твердостью.

Стали аустенитного класса используют как жаропрочные при температурах до 600 ^оС. Главными легирующими элементами являются хром и никель. Однофазные стали имеют устойчивую структуру однородного аустенита с небольшим содержанием карбидов титана (для избежания межкристаллитной коррозии. Подобная структура образуется после процесса

закалки с температур 1050-1080 ^оС).

Аустенитные и аустенитно-ферритовые стали обладают небольшим уровнем прочности (700-850 МПа).

Механические свойства стали

Таблица 5.2 – Механические свойства стали 12Х18Н10Т

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %
Прутки. Закакла 1020-1100°С, воздух, масло или вода.	60	196	510	40	55
Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность.			590-830	20
Прутки нагартованные	<5		930
Листы 12х18н10т горячекатаные или холоднокатаные. Закалка 1000-1080°С, вода или воздух.	>4	236	530	38
Листы 12Х18Н10Т горячекатаные или холоднокатаные. Закалка 1050-1080°С, вода или воздух.	<3,9	205	530	40
Листы 12Х18Н10Т горячекатаные или холоднокатаные нагартованные	<3,9		880-1080	10
Поковки. Закалка 1050-1100°С, вода или воздух.	<1000	196	510	35	40
Проволока термообработанная	1,0-6,0		540-880	20
Трубы 12Х18Н10Т бесшовные горячедеформированные без термообработки.	3,5-32		529	40

Влияние легирующих элементов на механический свойства.

Хром, процентное содержание которого составляет от 17-19%, является главным элементом, обеспечивающим способность металла к пассивации и обуславливающим высокие антикоррозийные свойства стали марки 12Х18Н10Т.

Легирование никелем определяет сталь в аустенитный класс, что позволяет сочетать большую технологичность нержавеющей стали с отличным комплектом эксплуатационных характеристик.

При содержании 0,1% углерода, стали при температуре свыше 900 ^оС имеет полностью аустенитную структуру, это обусловлено сильным аустенитообразующим влиянием С (углерода).

Соответствие концентраций хрома и никеля специфически сказывается на стабильности аустенита при понижении температуры обработки на твнрдый раствор (1050-1100 ^оС).

Помимо влияния основных элементов, также немаловажно принимать во внимание присутствие в нержавеющей стали кремния, титана и алюминия, благоприятствующих образованию феррита.

Область применения

Хромоникелевые нержавеющие стали применяются для сварных конструкций в криогенной технике при низких температурах, порядка -269 ^оС, для емкостного, теплообменного и реакционного оборудования, атакже для паронагревателей, водонагревателей т трубопроводов высокого давления с предельной температурой применения до 600 ^оС, для деталей печной аппаратуры, муфелей, коллекторов выхлопных систем. Наибольшая температура применения жаростойких изделий из подобных сталей в промежутке времени до 10000 часов составляет 800 ^оС. При температуре 850 ^оС начинается процесс интенсивного окалинообразования. При непрерывной рабочей нагрузке сталь 12Х18Н10Т сохраняет антиокислительные свойства на воздухе и в атмосфере продуктов сгорания топлива при температурах до 900 ^оС, а в условиях теплосмен до 800 ^оС.

Коррозионно-стойкая сталь марки 12Х18Н10Т широко применяется для изготовления сварной аппаратуры в разнообразных отраслях промышленности,

а также металлоконструкций, работающих в контакте с агрессивными средами – азотной кислотой и другими окислительными средами, определенными органическими кислотами небольшой концентрации, органическими растворителями и другое. Нержавеющая сталь 08Х18Н10Т применяется для

сварных изделий, работающих в более агрессивных средах, нежели сталь 12Х18Н10Т и обладает высокой степенью сопротивляемости межкристаллитной коррозии.

В результате, уникальное сочетание свойств и характеристик прочности, позволил нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т найти широчайшее применение в большинстве отраслей промышленности, изделия из стали этой марки имеют высокие характеристики в течение длительного срока службы.

[13]

6 БЕЗОПАСНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ