Выбрать конструкцию и рассчитать аппарат для охлаждения и конденсации газового потока состава 25 H2O; 70 этилового спирта, 5. курсовой проект конденсатора. Курсовой проект по пахт разработка конструкции и расчет теплообменного аппарата для охлаждения и конденсации газового потока состава 25 H
 Скачать 6.33 Mb.
|
2.4 Аппаратурный расчётВ начальный период теплообмена происходит конденсация газового потока начальной температуры 110 ℃, водным раствором хлорида кальция начальной температуры 1ºС. Зону теплообмена, в которой происходит данный процесс обозначим, как первую зону теплообмена. Температура выхода конденсата составляет 8ºС, следовательно конденсат охлаждается от 110 ºС до 8ºС и при охлаждении передает тепло охлаждающей воде, нагревая его. Эту зону обозначим как вторую зону теплообмена.           Ориентировочно у выбранного конденсатора оказалась занижена поверхность теплообмена. По значению площади поверхности теплообмена выберем подходящий теплообменник (по ГОСТ 15119-79, ГОСТ 15121-79). Его параметры представлены в таблице 7. Таблица 7 – Параметры кожухотрубчатого теплообменника
Из приведённых выше расчётов был выбран конденсатор с конструкционными характеристиками, представленными в таблице 7, с коэффициента запаса площади теплообмена 14,7%. 2.4 Механический расчетМатериал труб и кожуха примем одинаковым с целью снижения разности температурных удлинений, которые возникают, если кожух и трубки изготовлены из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. В качестве материала для труб и кожуха выберем нержавеющую сталь 12Х18Н10Т. 12Х18Н10Т – хром-никелевая сталь, которая противостоит парам этилового спирта, водным растворам хлорида кальция до 100 ℃ [8]. Кроме того, детали из хром-никелевой стали могут свариваться даже если они имеют разную толщину. Параметры данной стали представлены в таблице 8 [9]: Таблица 8 – свойства стали 12Х18Н10Т
Расчёт толщины цилиндрической обечайки проводим по методике, изложенной в [10]. Производим расчёт обечайки на внутренне давление. Расчётную температуру обечайки принимаем равной температуре рабочей среды tвст=110℃. Отношение  номинальная расчётная толщина стенки обечайки [10]  где p – расчетное давление, МПа; D – внутренний диаметр обечайки, мм; [σ]доп – допускаемое напряжение, МПа; φ – коэффициент прочности сварного шва; Производим расчет обечайки на наружное давление. Расчётное наружное давление принимаем рн=0,6 Мн/м2.  За расчётную принимаем большую номинальную расчётную толщину стенки обечайки s`=13 мм. Прибавка на коррозию с внутренней стороны аппарата исходя из срока службы 10 лет составляет Ск = 0,1·10 =1 мм. Прибавка на округление 1 мм. Расчётная толщина стенки обечайки с учётом прибавок составит: s`=8+1+1=10мм наружный диаметр обечайки: Dн=Dв+2s=800+2·10=820 мм Проверим напряжения в стенке обечайки с учётом температурного перепада по толщине стенки. Коэффициент толстостенности обечайки  Температурное напряжение на внутренней поверхности стенки   Температурное напряжение на наружной поверхности стенки   суммарное напряжение на внутренней поверхности стенки при внутреннем давлении:  Что <  , следовательно допустимо.Расчёт эллиптического днища проводим п методике, изложенной в [10]. В кожухотрубчатых теплообменниках применяют стандартные плоские и эллиптические днища. Номинальная расчётная толщина стенки днища:  прибавка на коррозию для днища аппарата, работающего не менее 10 лет составляет Ск = 0,1·10 =1 мм. Прибавка на округление С0=3 мм. Расчётная толщина стенки днища с учётом всех прибавок s`=2+1+3 = 6мм Параметры эллиптического днища для диаметра 1200 мм приведены в таблице 9. Таблица 9 – Параметры эллиптического отбортованного днища (ГОСТ 6533-68)
Расчёт трубных решёток проводим п методике, изложенной в [10]. В теплообменниках типа КНВ трубы размещают по вершинам правильных шестиугольников. Значения шага (расстояния между осями труб) определяется наружным диаметром труб: При dн = 20, шаг труб tр = 1,3 · dн =1,3·0,02 = 0,026 мм.  снаружи с учётом прибавок на коррозию h=16+10·0,1=17 мм коэффициент ослабления решётки отверстиями  номинальная расчётная высота решётки посередине  учётом прибавок на коррозию и на округление: h`=35+1=36 мм Подбор опор проводим по методике, изложенной в [10]. Опорные стойки для вертикальных аппаратов состоят из двух вертикальных косынок и горизонтального основания. Приваривают опоры непосредственно к корпусу теплообменника или к накладному листу прямоугольной формы для обеспечения жесткости корпуса в месте присоединения опоры. Размеры опорных стоек выбирают в зависимости от нагрузки G на одну опору.
  ; Масса стандартных изделий приведена в таблице 10: Таблица 10 - Масса стандартных изделий
Масса пустого аппарата составит: m = m1 + m2 + m3 + m4+mст = =3427,12+1208,62+72,4+172,6+538,46= =5419,19 кг. Объем трубного пространства и объем межтрубного пространства составляют, м2:
объём днища (таблица 9) Vдн = 2·0,0796 = 0,159 м3 Объём, заполненый хладагентом Vхлад=Vтр+2· Vдн = 0,77+0,159 = 0,93 м3 Тогда общая нагрузка на опоры при гидравлическом испытании составит: Q = 10-6 · [m + (Vхлад ·  + Vмт·  )·] g == [5419,19 + 0,93· 1083,5+2.45·1000] · 9,81 = 0,085 Н. Для вертикальных аппаратов с эллиптическим днищем необходимо использовать в качестве опор стойки. Примем необходимое количество стоек равным четырём. Нагрузка, приходящаяся на одну стойку: Q =Qобщ /4 = 0,085/4 = 0,0213 МН. Подходящими характеристиками обладают опоры ОВ III-А-4000 ОН 26-01-69-68 с допускаемой нагрузкой Q=0,04 МН. Размеры опорных стоек для данной нагрузки представлены в таблице 11. Таблица 11 – Конструктивные размеры опорных стоек, мм
где L – расстояние между косынками; L1 – ширина основания; b – длина основания; b1 – длина косынки; H – высота опоры; h – высота основания; d – диаметр отверстия.  Рисунок 10 – опоры ОВ III-А-2500 ОН 26-01-69-68 Определение необходимости установки компенсаторов для кожуха [10]. Согласно требованиям ТУ 3612-024-00220302-02, ОСТ 26-291 "Сосуды и аппараты стальные сварные" и "Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" (ПБ 10–115) Госгортехнадзора России, кожухотрубные конденсаторы диаметре кожуха 0,8 м, длине труб 6м, диаметре труб 0,02 м, толщине стенки труб 0,002 м должны работать при давлении в трубах рт=0,6 Мн/м2, давление в межтрубном пространстве рм=1 Мн/м2. Для необходимости установки компенсатора должно не выполнятся хотя бы одно из условий: σк < σкд (1) σт < σтд (2) σт t < σт tд (3) площадь поперечного сечения корпуса при толщине стенки корпуса sк: Fк=π ·(Dв+sк) sк= π·(0,8+ 0,01) 0,01= 0,0254 м2 площадь поперечного сечения корпуса при толщине стенки sк с учётом коррозии: Fк1 = π· (Dв+sк+2Ск ) · (sк − Ск ) = = π · (0,8+0,01+2 ⸱0,001) · (0,01− 0,001) = 0,0229 м2 площадь поперечного сечения труб при толщине стенки sт: Fт=π · (dв+sт) · sт · n = π · (0,02− 0,002) ·0,002 ⸱638 = 0,0721 м2 площадь поперечного сечения труб при толщине стенки sт с учётом коррозии: Fт1=π · (dв+sт+2Cк) · (sт − Cк) · n = = π · (0,02 − 0,002+2⸱0,001) · (0,002−0,001)⸱638= 0,040 м2 сила взаимодействия корпуса и труб (при жёстком соединении их друг с другом) за счёт температурных напряжений:  сила взаимодействия корпуса и труб за счёт температурных напряжения с учётом коррозии:   сила, растягивающая в осевом направлении корпус и трубы от давления среды в трубном и межтрубном пространствах:   суммарное напряжение на растяжение в корпусе:    Мн/м2 < 294,375 Мн/м2Условие σк < σкд обеспечено. суммарное напряжение на растяжение в корпусе с учетом коррозии:    Мн/м2 < 294,375 Мн/м2Условие σк1 < σкд также обеспечено. суммарное напряжение на сжатие в трубах:    Мн/м2 < 294,375 Мн/м2Условие σт < σтд обеспечено. Суммарное напряжение на сжатие в трубах с учётом коррозии:    Мн/м2 < 294,375 Мн/м2Условие σт1 < σтд также обеспечено. величина температурных напряжений в трубах:  Мн/м2 <  Мн/м2Условие σт t < σт tд обеспечено. величина температурных напряжений в трубах с учётом коррозии:   Условие σт t1 < σт tд также обеспечено. Поскольку все три условия обеспечены, применение жёсткой конструкции конденсатора допустимо. Допускаемое давление в днище  Все напряжения, возникающие в аппарате, не превышают допустимых значений. Материал, из которого изготовлен аппарат, сталь 12Х18Н10Т, пригодна для его изготовления. |
