Курсовой конденсат кожухотрубный. Конденсат кожухотрубный. Пояснительная записка кп 18. 02. 01 00. 00 Пз инв. дубл. Проверил содержание
![]()
|
Департамент образования и науки Кемеровской области ![]() учреждение «Анжеро-Судженский политехнический колледж» Специальность 18.02.01 Переработка нефти и газа К ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
ОНДЕНСАТОР КОЖУХОТРУБНЫЙ Пояснительная записка КП 18.02.01 00.00 ПЗ
Выполнил: Проверил: ![]() 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 ![]() «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] ![]() 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; tкип =56,1 °C, tпл =-95 °C, tвсп =-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 ![]() 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 ![]() 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 ![]() 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 ![]() 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 ![]() Цель: Определить тепловую нагрузку аппарата, поверхность теплообмена и расход теплоносителя – холодной воды Определяем среднюю разность температур Составляем схему движения теплоносителей ![]() ![]() 1.1 Определяем большую и меньшую разность температур и их отношение ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 1.2 Среднюю разность температур определяем по формуле 1.1: ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем среднюю температуру охлаждающей воды по формуле 1.2: ![]() где tконд. – температура конденсации жидкости, ℃ ; ∆tср. – средняя разность температур, ℃ ∆t ср в = 56 – 26,6 = 29,4℃ 3 ![]() Q = Ga * r; (1.3) где Gа – расход паров жидкости , кг/с; r – теплота конденсации жидкости, Дж/кг r= 519600 Дж/кг [7.с.516] Q = 1.3 * 519600 = 675480 Дж Определяем расход охлаждающей воды по формуле 1.4: GH2O = ![]() где Q – тепловая нагрузка аппарата, Дж; С – теплоёмкость воды при средней температуре, Дж/ кг * град; tк , tн – начальная и конечная температура воды, ℃ При tср = 29,40С C= 4183,7 Дж / кг * град [ 8, с.825] G H2O = ![]() ![]() 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= ![]() где Gв – расход охлаждающей воды, кг/с; ![]() d- диаметр труб, м; 𝜇 – вязкость воды, н*сек/м2; n- число труб При tср = 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 = ![]() где К – коэффициент теплопередачи Вт / м * К; ∆tcр. – средняя температура охлаждающей воды, ℃; 𝜏 – время, с (𝜏 = 1, т. к.процесс непрерывный) F = ![]() 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 = ![]() где Gв – 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 * Re0.8 * Pr0.4 (1.8) Nu = 0.008 * 88950.8 * 5.420.4 = 22,7 12 Определяем коэффициент теплоотдачи для воды по формуле 1.9: αв = ![]() 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] αв = ![]() 1 ![]() αа =3,78*λ* ![]() 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 αа = 3,78 * 0,16124 * ![]() 14 Определяем коэффициент теплопередачи по формуле 1.11: K= ![]() где αа – коэффициент теплоотдачи конденсирующего пара ацетона, Вт / м2*К; αв – коэффициент теплоотдачи воды, Вт / м2*К К = ![]() 15 Определяем требуемую площадь поверхности теплообмена конденсатора по формуле 1.12: F = ![]() где Q – тепловая нагрузка, Дж; К – коэффициент теплопередачи плоской стенки, Вт /м2 *К; ∆t – средняя разность температур теплоносителей, ℃ F ![]() ![]() 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] ![]() Цель: Рассчитать диаметр патрубков и определить размеры фланцев 1 Определяем диаметр патрубков по формуле (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 ωж = 1,0 м/с; ωт = 15,0 м/с; ωн = 1,0 м/с [ 7, с.14] 3 Определяем плотность паров бензола по формуле (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 = ![]() Tн ацетона = 273 + 56 = 329K ρ ![]() ![]() ρкон ацетона = 841,5 кг/м3 4 Определяем патрубки для входа и выхода холодной воды по формуле (2.1) d = ![]() Выбираем стандарт dy = 100 мм [9.с.266] 5 Определяем патрубок для входа паров ацетона по формуле (2.1) d = ![]() Выбираем стандарт dy = 200 мм [9.с.266] 6 Определяем патрубок для выхода конденсата, т, е, жидкого ацетона (2.1) d = ![]() Выбираем стандарт dy = 50 мм [9.с.266] Основные размеры фланцев приведены в таблице 2.1 Т ![]()
[ 8, с.326] ![]() ![]() Рисунок 2.1. – Штуцер 3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ![]() 1 Определяем коэффициент трения, (т. к. Re>2300) по формуле (3.1) λтр = ![]() где Re – критерий Рейнольдса λтр = ![]() 2 Определяем потери давления на трения по формуле (3.2) ∆Pтр = λтр * ![]() где λтр – коэффициент трения; z – число ходов; ![]() d – диаметр трубы, м; ω – скорость потока, м/с; ρ – плотность воды, кг/м3; При tтр = 29,4 ![]() ![]() [8,с.808] ∆Pтр = 0,03 * ![]() 2 Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений Входная и выходная камера ξм с = 1,5 Вход в трубу и выход из неё ξм с = 1,0 Поворот на 180℃ = 2,5 [8,с.808] ∑ ξм 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) ∆Pм с = ∑ ξм с * ![]() где ∑ ξм с - сумма коэффициентов местных сопротивлений; ω – скорость потока, м/с; ρ – плотность воды, кг/м3 ∆Pм с = 9 * ![]() 5 Определяем общие потери давление по формуле (3.4) ∆Pобщ = ∆Pтр * ∆Pмс , (3.4) где ∆Pтр – потери давления на трение, Па; ∆Pм с - потери давления в местных сопротивлениях, Па ∆Pобщ = 5702,9 + 4491 = 10193,9 Па ![]() В данной курсовой работе выполнены: Тепловой расчет, целью которого было определение тепловой нагрузки конденсатора, расход теплоносителя и поверхность теплообмена. 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 ![]() ![]() Процесс конденсации. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://studopedia.su/5_10617_vopros---obshchaya-harakteristika-protsessa-kondensatsii.html, свободный. Ацетон. [Электронный ресурс] / Режим доступа : http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=4886, свободный. Техника безопасности при работе с ацетоном. [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://spb-rastvoritel.ru/articles/tehnika-bezopasnosti-pri-rabote-s-acetonom/, свободный. Техническая вода. [Электронный ресурс]/ Режим доступа : http://www.mining-enc.ru/t/texnicheskaya-voda/, свободный. Первая помощь при отравлении ацетоном. [Электронный ресурс]/ Режим доступа : http://spb-rastvoritel.ru/articles/otravlenie-acetonom-priznaki-i-pervaja-pomoshh/, свободный. Устройство и принцип работы кожухотрубного конденсатора. [Электронный ресурс] / Режим доступа : http://www.xiron.ru/content/view/31198/28/, свободный. 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. Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической технологии [Электронный ресурс] / А.Н. Плановский. – Режим доступа: http://padaread.com/?book=13731, свободный. Л ![]() |