Курсовой конденсат кожухотрубный. Конденсат кожухотрубный. Пояснительная записка кп 18. 02. 01 00. 00 Пз инв. дубл. Проверил содержание

• Название: Пояснительная записка кп 18. 02. 01 00. 00 Пз инв. дубл. Проверил содержание
• Анкор: Курсовой конденсат кожухотрубный
• Дата: 03.11.2021
• Размер: 0.91 Mb.
• Имя файла: Конденсат кожухотрубный.doc
• Тип: Пояснительная записка; #262013

Департамент образования и науки Кемеровской области

Государственное профессиональное образовательное

учреждение

«Анжеро-Судженский политехнический колледж»

Специальность 18.02.01 Переработка нефти и газа

К

Подпись и дата

Взам. инв. №

Подпись и дата

Инв. № подл.

ОНДЕНСАТОР

КОЖУХОТРУБНЫЙ

Пояснительная записка

КП 18.02.01 00.00 ПЗ

Инв. № дубл.

Выполнил:
Проверил:

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Тепловой расчет 6

2 Конструктивный расчет 12

3 Гидравлический расчет 14

Вывод 16

Список информационных источников 17


Департамент образования и науки Кемеровской области

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Анжеро-Судженский политехнический колледж»


Задание
для курсового проекта

по дисциплине ОП.07 Процессы и аппараты
Студента третьего курса 416 группы

___________Анжеро-Судженского политехнического колледжа_________

______________________ __________________________________________

фамилия, имя, отчество студента

Тема проекта: Рассчитать


Содержание курсового проекта
Введение
1 Тепловой расчет
2 Конструктивный расчет
3 Гидравлический расчет

Выводы

Список информационных источников


Графическая часть проекта__________________________________________

лист 1 Общий вид аппарата
Руководитель проекта _____

Дата выдачи задания _____________________

ВВЕДЕНИЕ

Проектируемый кожухотрубный конденсатор предназначен для конденсации паров ацетона.

Характеристика процесса конденсации

Конденсация — переход вещества из паро- или газообразного состоя­ния в жидкое путем отвода от него теплоты. Конденсация пара (газа) мо­жет быть осуществлена либо путем охлаждения пара (газа), либо посредс­твом охлаждения и сжатия одновременно.

Конденсацию паров часто используют при выпаривании, вакуум-сушке и др., для создания разрежения. Пары, подлежащие конденсации, обычно отводят из аппарата, где они образуются, в отдельный закрытый аппарат — конденсатор, охлаждаемый водой или воздухом.

[1]

Характеристика ацетона

Ацетон (диметилкетон CH₃-C(O)-CH₃ ) — бесцветная подвижная летучая жидкость (при н.у.) с характерным резким запахом. Во всех соотношениях смешивается с водой, диэтиловым эфиром, бензолом, метанолом, этанолом, многими сложными эфирами и так далее; t_кип =56,1 °C, t_пл =-95 °C, t_всп =-20 °C.

Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества (ацетилцеллюлозу и нитроцеллюлозу, жиры, воск, резину и др.), а также ряд солей (хлорид кальция, иодид калия). Используется для синтеза уксусного ангидрида, ацетонциангидрина, дифенилолпропана и других органических продуктов.

[2]
Т ехника безопасности при работе с ацетоном

При работе с данным веществом должны соблюдаться такие правила:

— Вся работы с ацетоном должны проводиться в проветриваемых помещениях с приточно-вытяжной вентиляцией;

— Всё оборудование, которое задействовано в технологических процессах (налив, слив и хранение) должно быть полностью герметизировано;

— В хранилищах и производственных помещениях нужно придерживаться правил защиты от статического электричества;

— Использовать средства защиты для органов дыхания при аварийных ситуациях с ацетоном (противогаз типа «А» или «БКФ»);

— Для тушения горящего ацетона применяют порошковые огнетушители, а также песок, асбестовое одеяло, пену или воду.

[3]

Характеристика технической воды

Техническая вода - вода, пригодная по содержанию примесей (твёрдых взвесей, эмульсий и растворённых веществ) для использования в технологические процессах, но непригодная для питья. Получается, как правило, в результате неполной очистки промышленных и бытовых стоков, из солёных морских или других природных и шахтных вод, из систем водооборота на обогатительных, металлургических и других производствах.

[4]

П ервая помощь при отравлении ацетоном

Первое, что необходимо сделать с отравившемся ацетоном человеком — это вынести его на свежий воздух, если пострадавший находится в помещении, или обеспечить к нему приток свежего воздуха — когда несчастный случай произошел на улице. При попадания ацетона в организм по пищеводу, необходимо промыть желудок человека большим количеством воды с добавлением перманганата калия или рвотных препаратов. Затем необходимо дать пострадавшему слабый солевой раствор или активированный уголь. При отравлении парами ацетона, следует напоить отравившегося теплым чаем и оставить в лежачем положении в хорошо проветриваемом месте.

[5]

Устройство и принцип работы кожухотрубного конденсатора

Проектируемый кожухотрубный конденсатор может иметь как горизонтальное, так и вертикальное исполнение. Горизонтальный кожухотрубный  конденсатор состоит из корпуса (или кожуха, или оболочки), выполняемого из углеродистой стали и закрытого с обоих концов решетками, в которых сваркой или развальцовкой закреплены внутренние трубки. Охлаждающая вода циркулирует по трубкам, тогда как конденсация хладагента происходит в кожухе, т. е. между трубками и внешним корпусом.

Н а каждом конце кожуха находятся съемные днища, обеспечивающие изменение направления движения воды по трубкам. На одном из днищ закреплены патрубки входа и выхода воды. Такая конструкция позволяет производить механическую чистку внутренних поверхностей трубок с водой, быстро загрязняются.

Днища с внутренней стороны имеют несколько разделенных перегородками независимых полостей, размещенных на поверхности днищ таким образом, чтобы охлаждающая вода проходила по трубкам несколько раз в двух направлениях (слева направо и справа налево). В судовых холодильных установках ввиду наличия забортной воды количество охлаждающей воды может быть очень большим. Для таких установок, так же как для установок, в которых конденсатор охлаждается водой, которая сама затем охлаждается в соответствующем контуре (градирне), наличие большого расхода воды часто позволяет запараллелить половину труб. Тогда вода полностью проходит конденсатор за один раз туда и обратно.

Обечайка кожухотрубных горизонтальных конденсаторов изготавливается из цельнотянутых или сварных стальных труб, решетки для трубок делаются из стального листа, а днища — из стального листа. В целях обеспечения эффективной противокоррозионной защиты всех стальных или чугунных деталей, соприкасающихся с водой, используют высокостойкие защитные покрытия, не разрушаемые также морской водой и кислотами (например, нержавеющую плакировку AISI316L, стандарт США ASTM240, для решеток или внутреннюю защиту крышек эпоксидным покрытием).

В стальных решетках размещены стальные трубки, по которым циркулирует вода (трубки чаще всего изготавливаются из стали, диаметром 25 мм).

В ерхняя часть стального кожуха заполняется горячим паром ацетона из компрессора, а вода поступает по трубкам снизу и выходит сверху. Пар ацетона охлаждается холодной водой, конденсируется и скапливается на дне кожуха.

Проектируемый кожухотрубный конденсатор будет использован в лакокрасочной промышленности.

[6]



1- цилиндрический корпус;
2- штуцер для ввода теплоносителя в цилиндрический корпус;
3- штуцер для вывода теплоносителя из цилиндрического корпуса;
4- теплопередающие трубки;
5- трубные решетки;
6,7- эллиптические крышки;
8- штуцер для ввода теплоносителя в эллиптическую крышку;
9- штуцер для вывода теплоносителя из эллиптической крышки;
10- перфорированная пластина


Рисунок 1- Кожухотрубный конденсатор


1ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Цель: Определить тепловую нагрузку аппарата, поверхность теплообмена и расход теплоносителя – холодной воды

1. 
   Определяем среднюю разность температур
   

Составляем схему движения теплоносителей

<sup>56℃ Ацетон 56℃

40℃ Вода холодная 15℃</sup>

1.1 Определяем большую и меньшую разность температур и их отношение _{ б}/<sub> м

 б</sub> =56 – 15 = 41<sub> 

 м</sub> = 56 – 40 = 16<sub> 

 б</sub>/_{ м} = _{ } =2,56 > 2

1.2 Среднюю разность температур определяем по формуле 1.1:

_{ ср.} = _{ } (1.1)

_{ ср.} = _{ } =26,6℃

2. 
   Определяем среднюю температуру охлаждающей воды по формуле 1.2:
   

_{ ср. в} = t_конд-∆t_{ср. ,} (1.2)

где t_конд. – температура конденсации жидкости, ℃ ;

∆t_ср. – средняя разность температур, ℃

∆t _{ср в} = 56 – 26,6 = 29,4℃
3 Определяем тепловую нагрузку конденсатора по формуле 1.3:

Q = G_{a *} r; (1.3)
где G_а – расход паров жидкости , кг/с;

r – теплота конденсации жидкости, Дж/кг
r= 519600 Дж/кг

[7.с.516]

Q = 1.3 * 519600 = 675480 Дж

3. 
   Определяем расход охлаждающей воды по формуле 1.4:
   

G_H2O = _{ } , (1.4)

где Q – тепловая нагрузка аппарата, Дж;

С – теплоёмкость воды при средней температуре, Дж/ кг * град;

t_к , t_н – начальная и конечная температура воды, ℃

При t_ср = 29,4⁰С C= 4183,7 Дж / кг * град

[ 8, с.825]

G _H2O = _{ } = _{ }/ с

Принимаем трубы теплообменника размером Ø25*2 мм.

[ 7, с.508]

Задаемся значениями критерия Рейнольдса для воды Re = 15000 (развитое турбулентное движение)

5 Определяем требуемое число труб по формуле 1.5:

n=_{ }, (1.5)
где G_в – расход охлаждающей воды, кг/с;


Re – критерий Рейнольдса;

d- диаметр труб, м;

𝜇 – вязкость воды, н*сек/м²;

n- число труб

При t_ср = 29,4℃ 𝜇 = 0,000801 Па с

[3.с.806]

n= _{ }
6 Определяем ближайшее число труб по таблице

одноходовой n = 43

двухходовой n = _{ }

[7, с.508]

7 Определяем ориентировочное среднее значение коэффициента теплопередачи в конденсаторах паров органических веществ по таблице

К = 500 Вт / м² * К

[7.с.175]

8 Определяем площадь поверхности конденсатора по формуле 1.6:

F = _{ }, (1.6)

где К – коэффициент теплопередачи Вт / м * К;

∆t_cр. – средняя температура охлаждающей воды, ℃;

𝜏 – время, с

(𝜏 = 1, т. к.процесс непрерывный)

F = _{ }²

Одноходовых теплообменников с площадью поверхности такого порядка нет, следовательно, проектируемый конденсатор будет двухходовым.

F = 51 м ²




9 Определяем значение критерия Рейнольдса по формуле 1.7:

Re = _{ }, (1.7)

где G_в – расход охлаждающей воды, кг/с;

n – число труб;

d – диаметр внутренний трубы, м;

μ – динамический коэффициент вязкости воды при 27,5℃

Re = _{ }

Режим движения переходный, т. к. критерий Рейнольдса 10000>Re>2300

10 Определяем значение критерия Прандтля для воды при 29,4℃

Pr = 5.42

[7.с.512]

11 Определяем значение критерия Нуссельта по формуле 1.8:

Nu = 0.008 * Re^0.8 * Pr^0.4 (1.8)

Nu = 0.008 * 8895^0.8 * 5.42^0.4 = 22,7
12 Определяем коэффициент теплоотдачи для воды по формуле 1.9:

α_в = _{ }, (1.9)

где Nu – критерий Нуссельта;

λ – коэффициент теплопроводности воды, Вт / м * град;

d – диаметр внутренний трубы, м

При ∆t = 29,4℃ λ =0.6148 Вт / м² * град

[3.с.810]

α_в = _{ } Вт / м² * град

1 3 Определяем коэффициент теплоотдачи для конденсирующегося пара ацетона по формуле 1.10:

α_а =3,78*λ* _{ }, (1.10)

где λ – коэффициент теплопроводности ацетона , Вт/ м*К;

ρ – плотность ацетона , кг/м³;

d – диаметр наружной трубы, м;

n – число труб;

μ – динамический коэффициент вязкости ацетона ,Па с;

G – расход паров ацетона, кг /с

При ∆t = 56℃

ρ = 751,5 кг/м³

λ= 0.16124 Вт / м*град

μ = 0,000238 н * сек /м²

α_а = 3,78 * 0,16124 *_{ } = 1043,57 Вт/ м²*К

14 Определяем коэффициент теплопередачи по формуле 1.11:

K=_{ }, (1.11)

где α_а – коэффициент теплоотдачи конденсирующего пара ацетона, Вт / м²*К;

α_в – коэффициент теплоотдачи воды, Вт / м²*К

К = _{ }Вт / м²* К

15 Определяем требуемую площадь поверхности теплообмена конденсатора по формуле 1.12:

F = _{ }, (1.12)

где Q – тепловая нагрузка, Дж;

К – коэффициент теплопередачи плоской стенки, Вт /м² *К;

∆t – средняя разность температур теплоносителей, ℃

F = _{ } м²
Для обеспечения заданной производительности устанавливаем два конденсатора с поверхностью теплообмена 34 м² со следующей технической характеристикой

Поверхность теплообмена, м² 34

Число ходов 2

Диаметр кожуха, мм 400

Число труб 110

Длина труб, мм 4000

[7, с.508]

2 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ
Цель: Рассчитать диаметр патрубков и определить размеры фланцев

1 Определяем диаметр патрубков по формуле (2.1)

_{ }, (2.1)

где G – расход теплоносителя, кг/с;

ω – скорость потока теплоносителя, м/с;

ρ – плотность теплоносителя, кг/м³

π = 3,14

2 Определить скорость потока по таблице

ω_ж = 1,0 м/с;

ω_т = 15,0 м/с;

ω_н = 1,0 м/с

[ 7, с.14]

3 Определяем плотность паров бензола по формуле (2.2)

_{ n} = ρ_{0*  }, (2.2)

где T₀ = 273K;

ρ₀ – атмосферное давление = 10⁵, Па;

ρ = рабочие давление, Па;

T – рабочая температура, K

ρ₀ = _{ }

Формула бензола: C₃H₆O

Mn _{ацетона} = 12*3+1*6+16=58

ρ₀ = _{ }³

T_{н ацетона} = 273 + 56 = 329K

ρ _{n ацетона} = 3,48 *_{ } = 2,89 кг/м³

ρ_{кон ацетона} = 841,5 кг/м³

4 Определяем патрубки для входа и выхода холодной воды по формуле (2.1)

d = _{ }

Выбираем стандарт d_y = 100 мм

[9.с.266]

5 Определяем патрубок для входа паров ацетона по формуле (2.1)

d = _{ }

Выбираем стандарт d_y = 200 мм

[9.с.266]

6 Определяем патрубок для выхода конденсата, т, е, жидкого ацетона (2.1)

d = _{ }

Выбираем стандарт d_y = 50 мм

[9.с.266]

Основные размеры фланцев приведены в таблице 2.1

Т аблица 2.1 - Основные размеры фланцев

Назначение патрубка	Dy	Dн	D	Dб	D1	n	Z	dболт
Для ввода и вывода воды	100	108	205	170	148	14	4	M16
Для ввода паров бензола	200	219	290	225	232	16	8	M16
Для вывода конденсата	50	57	140	110	90	12	4	M12

[ 8, с.326]


Рисунок 2.1. – Штуцер

3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Цель: Определить потери давления на трение и в местных сопротивлениях для теплоносителя, проходящего по трубному пространству.

1 Определяем коэффициент трения, (т. к. Re>2300) по формуле (3.1)

λ_тр = _{ }. (3.1)

где Re – критерий Рейнольдса

λ_тр = _{ }

2 Определяем потери давления на трения по формуле (3.2)

∆P_тр = λ_тр * _{ }, (3.2)

где λ_тр – коэффициент трения;

z – число ходов;

_{ }, м;

d – диаметр трубы, м;

ω – скорость потока, м/с;

ρ – плотность воды, кг/м³;

При t_тр = 29,4 _{ } = 998 кг/м³

[8,с.808]

∆P_тр = 0,03 * _{ }
2 Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений

Входная и выходная камера ξ_{м с} = 1,5

Вход в трубу и выход из неё ξ_{м с} = 1,0

Поворот на 180℃ = 2,5 [8,с.808]
∑ ξ_{м с} = 1,5 + 1,0 + 2,5 + 1,0 + 1,5+1,5 = 9



4 Определяем потери давления в местах сопротивления по формуле (3.3)

∆P_{м с} = ∑ ξ_{м с} * _{ } , (3.3)

где ∑ ξ_{м с} - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

ω – скорость потока, м/с;

ρ – плотность воды, кг/м³

∆P_{м с} = 9 * _{ }

5 Определяем общие потери давление по формуле (3.4)

∆P_общ = ∆P_тр * ∆P_мс , (3.4)

где ∆P_тр – потери давления на трение, Па;

∆P_{м с} - потери давления в местных сопротивлениях, Па

∆P_общ = 5702,9 + 4491 = 10193,9 Па

ВЫВОД

В данной курсовой работе выполнены:

1. 
   Тепловой расчет, целью которого было определение тепловой нагрузки конденсатора, расход теплоносителя и поверхность теплообмена.
   
2. 
   Конструктивный расчет, целью которого было определение конструктивные размеры проектируемого аппарата.
   

3. Гидравлический расчет, целью которого было определение потерь давления на трение и в местных сопротивлениях для теплоносителя, проходящего по трубному пространству.

В тепловом расчете я определила:

Тепловая нагрузка аппарата Q = 675480 Дж;

Расход охлаждающей воды G = 6,46 кг

Поверхность теплообмена F = 34 м²

В конструктивном расчете я определила основные конструктивные размеры проектируемого аппарата

В гидравлическом расчете я определила:

Потери давления на трение ∆P _тр =5702,9 Па;

Потери давления в местных сопротивлениях ∆ P _мс = 4491 Па

Проектируемый аппарат изготовлен из углеродистой стали.

Данный кожухотрубный конденсатор будет использован в лакокрасочной промышленности для конденсации паров ацетона, образующихся по ходу технологического процесса

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Процесс конденсации. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://studopedia.su/5_10617_vopros---obshchaya-harakteristika-protsessa-kondensatsii.html, свободный.
   
2. 
   Ацетон. [Электронный ресурс] / Режим доступа : http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=4886, свободный.
   
3. 
   Техника безопасности при работе с ацетоном. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://spb-rastvoritel.ru/articles/tehnika-bezopasnosti-pri-rabote-s-acetonom/, свободный.
   
4. 
   Техническая вода. [Электронный ресурс]/ Режим доступа : http://www.mining-enc.ru/t/texnicheskaya-voda/, свободный.
   
5. 
   Первая помощь при отравлении ацетоном. [Электронный ресурс]/ Режим доступа : http://spb-rastvoritel.ru/articles/otravlenie-acetonom-priznaki-i-pervaja-pomoshh/, свободный.
   
6. 
   Устройство и принцип работы кожухотрубного конденсатора. [Электронный ресурс] / Режим доступа : http://www.xiron.ru/content/view/31198/28/, свободный.
   
7. 
   Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. [Электронный ресурс] / К.Ф. Павлов. – Режим доступа : http://bookre.org/reader?file=469489, свободный.
   
8. 
   Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической технологии [Электронный ресурс] / А.Н. Плановский. – Режим доступа: http://padaread.com/?book=13731, свободный.
   
9. 
   Л ащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. [Электронный ресурс] / А.А. Лащинский. – Режим доступа: http://bookre.org/reader?file=481638, свободный.