Машины и аппараты химических производств. 2 Литературный обзор
 Скачать 378.07 Kb.
|
 (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 Kор (300÷1200[Вт/м2*К] (от конденсирующегося водяного пара к воде.)  (4)где Fор – 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 Re2  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 λст =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) dН=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 τВ=20лет Массу воды в аппарате можно не учитывать. Решение Определим рабочую температуру стенки аппарата t= tс = 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)σТ20 – минимальное значение предела текучести теплостойких и кислотостойких сталей (МПа), при температуре t=20°C σТ20=240МПа ([стр282 таблица II]).  Расчётное значение внутреннего избыточного давления PP=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 СК=П*τВ=0.1*20=2мм эрозии СЭ=0 Принимая С2=0 и С3=0 получим: С=С1=СК=2мм Определим расчётную и исполнительную толщину стенки цилиндрической обечайки.  Определим толщину стенки S=SP+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 PP = 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: S 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 Dб болтовой окружности фланца приварного встык по формуле (1.116 стр. 95) Dб≥D+2*(S1+dб+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 dб=20мм приPP=0.5Мпа D=800мм Dб≥D+2*(S1+dб+u) Dб≥800+2*(13+20+4) Dб≥874мм Принимаем Dб=874мм=0.874м Определим наружный диаметр фланца по формуле (1,119 стр. 95) DН=Dб+а (16) где а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца, принимаем по (таблице 1.41стр.95) а=40мм (для гаек шестигранных, обычных) DH=Dб+а DH=874+40 DH=914мм Принимаем DH=920мм Определим наружный диаметр прокладки по формуле (1.120 стр. 96) для приварных встык и плоских фланцев. DHП=Dб-е (17) где е – нормативный параметр, зависящий от типа прокладки и принимаемый по (таблице 1.41 стр.95). DHП=Dб-е DHП=874-30 DHП=844 Принимаем DHП=844мм Определим средний диаметр прокладки DСП=DНП-б (18) где б – ширина прокладки принимаемая по (таблице1.42 стр.96) Для плоских неметаллических прокладок выбираем 14мм, при диаметре D = 800мм. DС.П=DН,П-б DС.П=844-14 DС.П=830мм Принимаем DС.П=830мм=0.83м Определим количество болтов, по (формуле 1.123 стр. 96) необходимое для обеспечения герметичности соединения.  (19)где tш – рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираемый в зависимости от давления по (таблице 1.43 стр.97). tш=4.3 (по таблице), тогда tш=4.3*dб=4.3*20=86мм шаг расположения болтов при PP=0.5Мпа выбираем по таблице. (20) принимаем количество болтов кратное четырём nб=32. Определим высоту (толщину) фланца по (формуле 1.124 стр.96).  (21)где λФ=0.22 Принимаем hФ=20мм=0.02м. Определим расстояние между опорными поверхностями гаек для фланцевого соединения с уплотнительной поверхностью типа "Шип-паз" (ориентировочно). Lб,о≈2*(hФ+hП) (22) где hП=2мм – высота (толщина) стандартной прокладки. Lб,о≈2*(20+2)=44=0.044м Определим нагрузки, действующие на фланец Равнодействующая внутреннего давления FД(формула 1.127 стр.97)  Реакция прокладки RП по (формуле 1.128 стр.97)  (23)где  - коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки (таблица 1.44 стр.98) - для паронитаb0 – 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) |