Готовые Курсовые Работы Аппараты Теплообменные Сборка
Готовые Курсовые Работы Аппараты Теплообменные Сборка
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Теплообменная аппаратура
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
.3 Расчет теплообменника на прочность.
.3.5 Проверка прочности, устойчивости и крепления труб
Теплообменные аппараты предназначены для проведения
процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения
технологической среды с целью ее обработки или утилизации теплоты.
Теплообменная аппаратура составляет весьма
значительную часть технологического оборудования в химической и смежных
отраслях промышленности. Удельный вес на предприятиях химической промышленности
теплообменного оборудования составляет в среднем 15-18 %, в нефтехимической и
нефтеперерабатывающей промышленностях 50 %. Значительный объем теплообменного
оборудования на химических предприятиях объясняется тем, что почти все основные
процессы химической технологии (выпаривание, ректификация, сушка и др.) связаны
с необходимостью подвода или отвода теплоты.
Теплообменные аппараты можно классифицировать по
следующим признакам:
по конструкции - аппараты, изготовленные из труб
(кожухотрубчатые, «труба в трубе», оросительные, погружные змеевиковые,
воздушного охлаждения); аппараты, поверхностность теплообмена которых
изготовлена из листового материала (пластинчатые, спиральные, сотовые);
аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллических
материалов (графита, пластмасс, стекла и др.);
по назначению - холодильники, подогреватели,
испарители, конденсаторы;
по направлению движения теплоносителей - прямоточные,
противоточные, перекрестного тока и др.
В общем выпуске теплообменных аппаратов для химической
и смежных отраслей промышленности в РФ около 80 % занимают кожухотрубчатые
теплообменники. Эти теплообменники достаточно просты в изготовлении и надежны в
эксплуатации и в то же время достаточно универсальны, т. е. могут быть
использованы для осуществления теплообмена между газами, парами, жидкостями в
любом сочетании теплоносителей и в широком диапазоне их давлений и температур.
Теплообменники типа «труба в трубе» и змеевиковые
стальные в общем объеме теплообменной аппаратуры составляют около 8 %, а
оросительные из чугуна - около 2 %.
Доля спиральных и пластинчатых теплообменников и
аппаратов воздушного охлаждения пока невелика, но на вновь строящихся
технологических линиях аппараты этого типа занимают все большее место.
Условия проведения процессов теплообмена в
промышленных аппаратах чрезвычайно разнообразны. Эти аппараты применяют для
рабочих сред с различным агрегатным состоянием и. структурой (газ, пар,
капельная жидкость, эмульсия и др.) в широком диапазоне температур, давлений и
физико-химических свойств.
Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным
аппаратам требований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты
самых различных конструкций и типов, причем для аппарата каждого типа
разработан широкий размерный ряд поверхности теплообмена (от нескольких до
нескольких тысяч квадратных метров в одном аппарате). В размерном ряду
теплообменники различаются по допускаемым давлениям и температурам рабочей
среды, а также по материалам, из которых изготовлен аппарат.
Широкая номенклатура теплообменников по типам,
размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать для конкретных условий
теплообмена аппарат, оптимальный по размерам и материалам. Выбор конструкции
аппарата для определенных условий теплообменного процесса зависит в основном от
эрудиции и интуиции конструктора. Однако существуют рекомендации общего
характера, которыми можно руководствоваться при выборе конструкции
теплообменника и схемы движения в нем теплоносителей:
при высоком давлении теплоносителей предпочтительнее
трубчатые теплообменники; в этом случае в трубное пространство желательно
направить теплоноситель с более высоким давлением, поскольку из-за малого
диаметра трубы могут выдержать большее давление, чем корпус;
коррозионный теплоноситель в трубчатых теплообменниках
целесообразно направлять по трубам, так как в этом случае при коррозионном
изнашивании не требуется замена корпуса теплообменника;
при использовании коррозионных теплоносителей
предпочтительнее теплообменные аппараты из полимерных материалов, например
фторопласта и его сополимеров, обладающих уникальной коррозионной стойкостью;
если один из теплоносителей загрязнен или дает
отложения, то целесообразно направлять его с той стороны теплообмена, которая
более доступна для очистки (в змеевиковых теплообменниках - это наружная
поверхность труб, в кожухотрубчатых - внутренняя);
для улучшения теплообмена не всегда требуется увеличение скорости
теплоносителя (так, например, при конденсации паров для улучшения теплообмена
необходимо обеспечить хороший отвод конденсата с теплообменной поверхности, для
чего следует подобрать аппарат соответствующей конструкции).
По данным: производительность аппарата: 12 т/ч. Нагреваемая среда: водный
раствор CH3OH. Раствор нагревается от 16 оС до температуры кипения при
атмосферном давлении. Обогрев осуществляется насыщенным водным паром при
давлении в межтрубном пространстве: 3 ата. Температура окружающей среды: 20 оС.
Потери в окружающею среду 5% от полной тепловой нагрузки. Подобрать
теплообменник подходящий под эти условия.
Определим расход теплоты и расход воды.
Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (греющий пар), индекс «2» -
для холодного теплоносителя (Метанол).
Температура конденсации водяного пара tконд=104,2 оС
где
=2249Дж/(кг К) - удельная теплоемкость метанола при
60,9 оС.
Расход
сухого греющего пара с учетом 5 % потерь теплоты:
где
r = 2249 103 Дж/кг - удельная теплота конденсации
водяного пара.
Ориентировочно
определяем максимальное значение площади поверхности теплообмена, полагая Кmax =
340 по:
Для
обеспечения турбулентного течения метанола при Re2 > 15000
скорость в трубах Æ21х2должна быть:
где
- вязкость метанола при 60,9 оС; [1, с. 516].
Число
труб, обеспечивающих такой режим, должно быть:
По
площади поверхности и числу труб берём теплообменник «кожухотрубный» (ГОСТ
15120-79)
D = 400; d =
25х2; z = 2; n/z = 50; SВ.П. = 0,013 ; F
=21,2 ; L = 2 м;
Составим
схему процесса теплопередачи (Рис. 1.1).
где
=0,178 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности метанола
[2, с. 337].
Рассчитаем
критерий Нуссельта для турбулентного течения:
где
примем равному 1[1, с. 153], а соотношение =1,05 с дальнейшей поправкой.
Коэффициент
теплоотдачи метанола к стенке:
Коэффициент
теплоотдачи насыщенного пара к стенке:
где
Вt= 1022 [1, с. 162], при nв=10
коэффициент = 0,6 [1, с. 162].
Рассчитаем
термическое сопротивление стенки и загрязнений:
Определим
ориентировочно значения и , исходя
из того, что
Расчетная
площадь поверхности теплопередачи:
Коэффициент
теплоотдачи поэтому расчетным диаметром при определенной
поверхности труб следует принять d2=0,021м.
Аппарат
с L=3м имеет площадь поверхности теплообмена:
Запас
площади поверхности теплообмена достаточен.
где
разность температуры изготовления 40 оС и температурой
окружающей среды 20 оС;
Изоляционный
материал берём Савелит ( ).
Толщину
изоляции следует принимать равную 3,1 см
Скорость движения едкого натра в трубном пространстве при Re2=15962
Коэффициент
трения рассчитываем по формуле
где
- высота выступов шероховатости на поверхности, d -
диаметр трубы.
Диаметр
штуцеров в распределительной камере -
трубного пространства, - межтрубного пространства [2, с.55].
Рассчитаем
скорость в штуцерах по формуле:
Рассчитаем
гидравлическое сопротивление по формуле
Исходя из того что в теплообменнике происходит теплообмен между насыщенным
водяным паром и водным раствором NaOH (15 % масс.). То материал выбираем так
чтобы, он был устойчив к данному раствору. Из справочника [6 с. 286] берем
сталь Х18Н10Т. Из этой стали будет изготовлен корпус аппарата и его трубные
решётки.
Механические свойства стали Х18Н10Т [6 с. 95]:
Пробное давление при гидравлическом испытании [7 с. 23]:
Коэффициент прочности продольных сварных швов обечайки = 1, так
как принято, что швы с двусторонним сплошным проваром выполняются
автоматической сваркой.
Расчетная толщина стенки [7, с. 24]:
sи = sp+ c + co=0,52+1,5
+ 0,71 = 3 мм.
Рекомендуемая толщина стенки для данного диаметра составляет 4 мм. [6, с.
411]. Учитывая рекомендации конструктивно принимаем исполнительную толщину
стенки 4 мм.
Расчет теплообменника с неподвижными трубными решетками проводится по ОСТ
26 - 1185 - 81
Относительная характеристика без трубного края
Коэффициенты влияния давления на трубную решетку
Коэффициент
ослабления трубной решетки
Коэффициент
жесткости перфорированной плиты определяется
по табл. 1 [8] в зависимости от :
Основные
характеристики жесткости элементов теплообменного аппарата
Модуль упругости основания (системы труб), Н/мм2:
теплообменный аппарат прочность фланцевый
Приведенное
отношение жесткости труб к жесткости кожуха:
Коэффициенты
жесткости системы труба-кожух:
Для
аппаратов с неподвижными трубными решетками:
Р 0 =
[a K ×(t K - t 0 ) - a Т ×(t T -
t 0 ) ] ×K y ×I + [ - 1 + m cp + m n ×( m n + 0,5×b× K p 1 )] ×P T - d sa
d sa =
[ - 1 + m cp + m n ×( m n + 0,3× × K p 2 )] ×P М ;
d sa =
[0,604 - 1 + 0,201 + 1,079(1,079 + 0,12×8,108×1 )] ×0,12 = 1,078.
Толщина трубной решетки назначается конструктивно.
Принятая толщина трубной решетки должна обеспечивать возможность
крепления труб в решетке и во всех случаях быть не менее, мм:
т.к.
решетка выполнена заодно с фланцем то конструктивно принимаем равной 36 мм.
Упрощенный расчет элементов теплообменных аппаратов производится для
конструкций, имеющих K2<1,7
(черт.9) [8], предназначенных для работы под давлением не более 6,4 МПа, при
перепаде температур труб и кожуха не более 40 o С.
Расчет применим при: (a - a1)/sp < 3 и отсутствии дополнительных требований к жесткости
решетки (п.1.6.)
Усилие,
распределенное по периметру кожуха, H:
Т.к.
Fк < 0 то кожух проверяется на устойчивость по ГОСТ
14249-89.
Проверка
на устойчивость проводится по формуле Fk/[F]+Pp/[P]<1:
определили
f2 = 0,4 из графика 11,[8].
Уточненный
расчет элементов теплообменных аппаратов должен производиться для конструкций,
не отвечающих требованиям п. 1.3.
Коэффициенты
системы решетки-трубы, кожух-решетка и обечайка-фланец камеры, 1/мм:
Жесткость
фланцевого соединения при изгибе, H:
Коэффициенты
влияния давления на изгиб фланцев, мм2
Приведенное
отношение жесткости труб к жесткости фланцевого соединения:
Коэффициенты
рассчитанные для стандартных фланцев по ОСТ 26-427-80
и по ОСТ 26-428-80 приведены в табл.1 приложения 3.
Коэффициенты
Ф1, Ф2, Ф3, учитывающие влияние бес трубного края решетки и поддерживающее
влияние труб определяются по табл. 2 [8] в зависимости от
Значения
Т1, Т2, Т3, определяются по табл. 3 [8] в зависимости от w и mN.
T1 = 9,335; Т2 =
5,8246; Т3 = 6,4461.
Расчет
прочности трубной решетки производится по п. 1.4.12 при следующих значениях
изгибающих моментов и перерезывающих сил:
М0=
-7,414 + (300 - 278) * Q = -
4,84 103 H.
При
FК< 0 проводится проверка на устойчивость по ГОСТ
14249-80.
Fk = 3,14 * 400
* (-63,5) = - 7,99 104 H
.3.4.9.
Напряжение в кожухе в месте присоединения к решетке
Для
конструкций данного теплообменника Kc=1,7.
Т.к.
> то берем для дальнейших расчетов.
Напряжение
в перфорированной части трубной решетки
А -определяется по табл.4[8],В -определяется по табл.5[8] которые зависят
от m и ω
Напряжение
в трубной решетке в месте соединения с кожухом
Расчет
на прочность решетки и кожуха.
Условие
прочности рассчитываемого элемента
Условие
прочности крепления труб в решетке:
где
- допускаемые нагрузки на соединение трубы с
решеткой:
[q]
= 39,2 МПа для труб завальцованных с отбортовкой;
Отверстие не требует укрепления, т.к. отношение диаметров dш/D < 1,0 (120/400 = 0,3 < 0,5) и отношение толщины стенки
обечайки и эллиптической крышки s/D < 0,1 (6/400 = 0,0015 < 0,1).
Фланцы для теплообменника выбраны исходя из максимального давления в
аппарате и габаритных размеров самого аппарата. Для соединения обечайки с
крышкой и днищем фланцы взяты плоские приварные, как и для штуцеров. Тип
уплотнительной поверхности фланцевого соединения шип - паз. Размеры фланцев
корпуса взяты из справочника [6, с. 556].
Фланец плоский приварной с гладкой уплотнительной поверхностью
Условие герметичности фланцевого соединения, орпеделяемое через угол
поворота
Масса обечайки аппарата изготовленной из стали Х18Н10Т:
Массы
стандартных фланцев ГОСТ 1255 - 67:
Строповое устройство выбираем по массе аппарата. Исходя из того, что
масса аппарата более 1 тонны (1097,34 кг) то строповое устройство типа 3 (Ушки
приварные стальные). Количество ушек две штуки.
Расчет корпуса аппарата на изгиб от все указанных нагрузок.
На рисунке показана расчетная схема для горизонтального аппарата.
РА = РБ = 0,5 G = 0,5 * 1097,34
= 548,67 кг
Мu = 0,0215 G LПР = 0,0215 1097,37 4,3 = 101,52 кг
м
где G - общая сила тяжести аппарата с
содержанием в ней средой и вертикальные внешние нагрузки.
LПР = Lк + 2 Lд = 4 + 2 0,150 = 4,3 - приведенная длина аппарата.
Напряжение на изгиб в корпусе от силы тяжести:
Напряжение
ничтожно мало поэтому на устойчивость корпус не проверяем
Момент
сопротивления расчетного сечения стенки корпуса над опорой:
Напряжение
на изгиб в стенке корпуса от действия реакции опоры:
Не
требуется усиление опоры накладкой.
Выбираем
опору типа ОГ с наружным диаметром от 325 до 720мм. Количество опор две штуки.
При выполнении курсовой работы был произведен полный расчет
теплообменника, вследствие чего подобран стандартный «кожухотрубчатый»
теплообменник (ГОСТ 15120-79). Выбрана и рассчитана изоляция теплообменника.
Произведен гидравлический расчет данного теплообменника, подобран центробежный
насос для подачи едкого натра в аппарат. Выполнен полный механический расчет
аппарата. Подобраны строповые устройства, а так же опоры.
1 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков
А.А., «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии».
Л.: Химия, 1983.
2 Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский
Ю.И. и другие, «Основные процессы и аппараты химической технологии». М.: Химия,
1991
3 «Справочник химика» под ред.
Никольского т.3, Л.: Химия, 1971
4 Авербух Я.Д., Заостровский Ф.П.,
Матусевич Л.Н., «Процессы и аппараты химической технологии: курс лекций» Ч.2:
«Теплообменные и массообменные процессы». Свердловск: изд. УПИ, 1973
5 Локотанов Н.С. «Процессы и аппараты
химической технологии: Методические указания к курсовому проектированию».
Свердловск: изд. УПИ, 1985.
6 Лащинский А.А., Толчинский А.Р.
«Основы конструирования и расчета в химической аппаратуре», Л.: Машиностроение,
1970 г.
7 Михалев М.Ф. «Расчет и
конструирование машин и аппаратов химических производств», Л.: Машиностроение,
1984 г.
Теплообменная аппаратура. Курсовая работа (т). Другое. 2012-09-18
Курсовая работа (теория): Процессы теплообмена и теплообменные аппараты
Теплообменный аппарат . Конструирование и расчет элементов оборудования...
Курсовой проект - Расчет теплообменника
Курсовые и дипломные работы емкостное и теплообменное ... - Чертежи.РУ
Сочинение На Тему Пример Выдающейся Исторической Личности
Моя Будущая Профессия Судья Сочинение
Реферат Для Аспирантуры Цена
Контрольная Работа Номер 7 Алгебра Ответы
Конституционно Правовой Статус Религиозных Объединений Эссе