Курсовая работа: Подбор и расчет теплообменной установки, предназначенной для использования в производстве крепленого вина

🛑 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

3. Описание конструкции аппарата и обоснование его выбора
Теплообменные аппараты (теплообменники) применяются для осуществления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или охлаждения одного из них. В зависимости от этого теплообменные аппараты называют подогревателями или холодильниками.
По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов:
- поверхностные, в которых оба теплоносителя разделены стенкой, причем тепло передается через поверхность стенки;
- регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному разделяется по времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника;
- смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.
В химической промышленности наибольшее распространение получили поверхностные теплообменники, отличающиеся разнообразием конструкций, основную группу которых представляют трубчатые теплообменники, такие как: кожухотрубчатые, оросительные, погруженные и "труба в трубе".
Одним из самых распространенных типов теплообменников являются кожухотрубчатые теплообменники. Они представляют из себя пучек труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем развальцовки, сварки, пайки, а иногда на сальниках. Пучек труб расположен внутри общего кожуха, причем один из теплоносителей движется по трубам, а другой - в пространстве между кожухом и трубами.
Кожухотрубчатые теплообменники могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. В соответствии с ГОСТ 15121-79, теплообменники могут быть двух- четырех- и шестиходовыми по трубному пространству.
Достоинствами кожухотрубчатых теплообменников являются: компактность; небольшой расход метала; легкость очистки труб изнутри, а недостатками - трудность пропускания теплоносителей с большими скоростями; трудность очистки межтрубного пространства и трудность изготовления из материалов, не допускающих развальцовки и сварки.
Кожухотрубчатые теплообменники могут использоваться как для нагрева, так и для охлаждения.
В качестве греющего агента в теплообменниках часто используется насыщенный водяной пар имеющий целый ряд достоинств:
- большое количество тепла, выделяемое при конденсации пара;
- равномерность обогрева, так как конденсация пара происходит при постоянной температуре;
1. Выполнить технологический расчет выбранной конструкции аппарата (рассчитать тепловой поток и расход хладоагента);
2. Рассчитать коэффициент теплопередачи; определить площадь поверхности теплообмена;
3. Выполнить гидравлический расчет контактных устройств;
4. Произвести механический расчет элементов аппарата;
Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис. 2.1. Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси.
Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой), которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения – дистиллята, который охлаждается в холодильнике 7, и направляется в промежуточную емкость 8.
Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость – продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается в холодильнике 10 и направляется в емкость 11.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.
Рис. 2.1. Принципиальная схема ректификационной установки:
1
– емкость для исходной смеси; 2, 9
– насосы; 3
– теплообменник подогреватель; 4
– кипятильник; 5
– ректификационная колонна; 6
– дефлегматор; 7
– холодильник дистиллята; 8
– емкость для сбора дистиллята; 10
– холодильник кубовой жидкости; 11
– емкость для кубовой жидкости
3. Описание конструкции аппарата и обоснование его выбора

Кожухотрубчатые теплообменники – наиболее распространенная конструкция теплообменной аппаратуры. В зависимости от назначения кожухотрубчатые аппараты могут быть теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями; их изготовляют одно- и многоходовыми.
Конструктивное оформление машин и аппаратов, применяемых в химической и пищевой промышленности, неразрывно связано с их функциональным назначением и полностью определяется характером и технологическими параметрами протекающих в них процессов. При этом конструкция химического и пищевого оборудования должна не только отвечать требованиям самых совершенных технологий, но и обладать также прочностью, высокой надежностью, быть легкой, эстетичной и требовать как можно меньшего расхода дорогостоящих и дефицитных материалов. Для обеспечения сочетания прочности и надежности пищевой и химической аппаратуры с ее экономичностью и малой материалоемкостью на стадии проектирования необходимо провести подробный механический (прочностной) расчет каждого узла и детали вновь создаваемого оборудования.
Для подвода и отвода рабочих сред (теплоносителей) аппарат снабжен штуцерами. Один из теплоносителей в этих аппаратах движется по трубам, другой – в межтрубном пространстве, ограниченном кожухом и наружной поверхностью труб. Особенностью аппаратов типа Н является то, что трубы жестко соединены с трубными решетками, а решетки приварены к кожуху. В связи с этим исключена возможность взаимных перемещений труб и кожуха; поэтому аппараты этого типа называют еще теплообменниками жесткой конструкции. Трубы в кожухотрубчатых теплообменниках стараются разместить так, чтобы зазор между внутренней стенкой кожуха и поверхностью, огибающей пучок труб, был минимальным; в противном случае значительная часть теплоносителя может миновать основную поверхность теплообмена. Для уменьшения количества теплоносителя, проходящего между трубным пучком и кожухом, в этом пространстве устанавливают специальные заполнители.
Четырехходовой горизонтальный теплообменник типа Н состоит из цилиндрического сварного кожуха 3, распределительной камеры 2 и двух крышек 1 и 6. Трубный пучок образован трубами 4, закрепленными в двух трубных решетках 7. Трубные решетки приварены к кожуху. Крышки, распределительная камера и кожух соединены фланцами. В кожухе и распределительной камере выполнены штуцера для ввода и вывода теплоносителей из трубного (штуцера 8 ) и межтрубного пространств (штуцера 9). Перегородки 10 в распределительной камере образуют ходы теплоносителя по трубам. Поскольку интенсивность теплоотдачи при поперечном обтекании труб теплоносителем выше, чем при продольном, в межтрубном пространстве теплообменника установлены поперечные перегородки 11, обеспечивающие зигзагообразное по длине аппарата движение теплоносителя в межтрубном пространстве.
Теплотехнические свойства креплёного вина (при 60 0
С):
Определение средней разности температур и средних температур потоков.
Заданием предусмотрено использование кожухотрубчатых теплообменников. Обычно в качестве холодильников используются многоходовые аппараты по трубному и межтрубному пространству, в которых движение теплоносителей соответствует схеме смешанного тока. Поэтому определяем поправку εΔt для четырехходового теплообменника по трубному пространству и имеющего поперечные перегородки в межтрубном пространстве, предполагая, что именно такой конструкции теплообменник подойдет для охлаждения смеси.
Средняя разность температур противотоков:
По графику определили значение поправочного коэффициента
Находим среднюю температуру потоков:
Поступающее в аппарат сырьё (креплёноё вино) меняет свою температуру на , а вода – на . Следовательно, в соответствии с правилом, средняя температура сырья составит:
Определение свойств индивидуальных веществ при средних температурах.
Свойства индивидуальных веществ при средних температурах
Определение тепловой нагрузки, расхода хладагента, расчёт ориентировочной поверхности теплообмена, выбор типа и конструкции теплообменника. Так как в начале расчёта коэффициент теплопередачи К не известен, то для нахождения поверхности теплопередачи F принимаем его ориентировочное значение , которое выбирается на основе опыта эксплуатации теплообменного оборудования.
Определим тепловую нагрузку необходимую для охлаждения сырья до необходимой температуры. Так как в заданном нам процессе не происходит изменение агрегатного состояния ни вещества теплоносителя, ни вещества хладоагента, то тепловая нагрузка находится по формуле:
Определим расход хладагента (воды):
Вычислим ориентировочное значение требуемой поверхности теплопередачи F ор
:
Так как нам выгодно снижение температуры креплёного вина, направим горячий поток в межтрубное пространство, а хладагент – в трубное. В этом случае будут потери теплоты в окружающую среду через кожух теплообменника.
Примем размер труб трубного пучка мм. Зададимся величиной критерия Рейнольдса для трубного пространства Re тр
=10000. Найдём число труб n, которое обеспечит развитое турбулентное движение хладагента.
Теперь, ориентируясь на величину поверхности теплопередачи F ор
и количеством труб, выбираем нормализованный кожухотрубчатый теплообменник.
Характеристики нормализованного кожухотрубчатого теплообменника
Расчёт коэффициентов теплоотдачи для трубного и межтрубного пространств. Расчёт коэффициента теплоотдачи для межтрубного пространства. Определяем объёмный расход креплёного вина:
Находим скорость потока в межтрубном пространстве:
Находим значение критерия Рейнольдса Re 1
для межтрубного пространства:
Определяем критерий Нуссельта. Примем , а значение скобки
Теперь находим коэффициент теплоотдачи для межтрубного пространства:
Расчёт коэффициента теплоотдачи для трубного пространства.
Находим скорость потока в межтрубном пространстве:
Находим значение критерия Рейнольдса Re 1
для трубного пространства:
Определяем критерий Нуссельта. Примем , а значение скобки
Теперь находим коэффициент теплоотдачи для трубного пространства:
Определяем расчётное значение коэффициента теплоотдачи К р

Теплообменник будет изготовлен из обычной углеродистой стали с коэффициентом теплопроводности λст=46,5 Вт/(м∙К). Учтем также появление в процессе эксплуатации аппарата загрязнений как со стороны дистиллята rзаг.1 = 1/5800 Вт/(м2∙К), так и со стороны охлаждающей воды rзаг.2 = 1/1500 Вт/(м2∙К).
Тогда коэффициент теплопередачи будет равен:
Определение температуры стенки для горячего потока t ст1
:
Определение температуры стенки для холодного потока t ст2
:
Расчёт критерия Прандтля для горячего и холодного потоков с использованием физико-химических свойств, взятых при температурах стенки t ст1
и t ст2
.
Свойства индивидуальных веществ при температурах стенки t ст1
и t ст2

Критерий Прандтля для горячего потока (креплёного вина):
Критерий Прандтля для холодного потока (воды):
Вычислим значение скобок в формулах (13) и (19).
Определение расчётной поверхности теплопередачи и её запаса
Определим расчётную поверхность теплопередачи
Теперь определим запас поверхности теплопередачи
Выбор диаметра штуцеров для трубного и межтрубного пространств
Для расчета диаметров штуцеров необходимо принять значение допустимой скорости в штуцерах, которая зависит от того, является трубопровод напорным или самотечным. Уходящий с верха колонны пар конденсируется и самотеком поступает в емкость. Из этой емкости жидкость насосом по одному трубопроводу направляется на верх колонны для создания орошения, а по второму (нашему) прокачивается через холодильник и далее на склад. Таким образом, скорость во всех штуцерах берем как для напорных трубопроводов wдоп = 1,5 м/с.
Диаметр штуцеров для трубного пространства
Диаметр штуцеров для межтрубного пространства
По ГОСТу выбираем стандартный условный диаметр :
Перед проведением гидравлического расчёта уточняем скорость потока в штуцере.
Скорость потока для трубного пространства
Скорость потока для межтрубного пространства
Определим коэффициент трения для шероховатых труб:
Вычислим гидравлическое сопротивление трубного пространства.
Под термином «гидравлическое сопротивление» принято понимать величину разности статических давлений на входе потока в рассматриваемый аппарат и на выходе из него в зависимости от средней скорости потока, свойств веществ потока, геометрических размеров и конфигурации аппарата, через который протекает поток.
Вычислим гидравлическое сопротивление межтрубного пространства:
Главным составным элементом корпуса большинства химических аппаратов является кожух (обечайка). Наибольшее распространение получили цилиндрические кожухи, которые отличаются простотой изготовления, рациональным расходом материала и достаточной прочностью.
Цилиндрические кожухи из стали при избыточном давлении среды в аппарате р следует рассчитывать по формуле:
δ =
D
∙
p
/ (2 ∙
σ
д

∙
φ
) + С к
+ С окр
,

где D
– внутренний диаметр кожуха, м;
σ
д

– допускаемое напряжение на растяжение для материала кожуха, МН/м 2
( σ
д

= 140 МН/м 2
).
Коэффициент φ
учитывает ослабление кожуха из-за сварного шва и наличия неукрепленных отверстий, φ
= φ
ш

= 0,95.
Прибавка толщины с учетом коррозии С к

определяется формулой: С к
= П∙τ а

,
П
= 0,1 мм/год; τ а

= 10 лет, а суммарное значение толщины округляется до ближайшего нормализованного значения добавлением С окр

.
C
к

= П .
τ а
= 0,1 .
10 = 0,001 м
.
Границей применимости формулы для расчета кожуха является условие:
Толщина кожуха с учетом запаса на коррозию и округления равна:
δ = 0,8 ∙ 0,392 / (2 ∙ 140 ∙ 0,95) + 0,001 = 0,0022 м = 2,2 мм.

Условие (0,0022 - 0,001) / 1 < 0,1 выполняется.
На основании данных практического использования кожухотрубчатых теплообменных аппаратов принимаем толщину стенки кожуха равной 4мм.=0,004м.
Допускаемое избыточное давление в обечайке можно определить из формулы:
р д
= 2 ∙
σ
д

∙
φ
∙ (δ - С к
) / (
D
+ (δ - С к
)) =

= 2 ∙ 140 ∙ 0,95 ∙ (0,0022 - 0,001) / (0,8 + (0,0022 - 0,001))= 0,39 МПа.

Составным элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые обычно изготавливаются из того же материала, что и кожуха, и привариваются к ней. Днище неразъемно ограничивает корпус горизонтального аппарата с боков. Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Днища такой формы изготавливаются из листового проката штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением до 10 МПа. Толщину стандартных эллиптических днищ, работающих под внутренним избыточным давлением р, рассчитывают по формуле, которая справедлива при условии: (δ - Ск) / D ≤ 0,125.
Примем, что днище у аппарата стандартное отбортованное эллиптическое сварное и в нем нет неукрепленных отверстий.
δ = D ∙ p / (2 ∙ σд ∙ φ) + Ск + Сокр = 0,8∙ 0,3924 / (2 ∙ 140 ∙ 0,95) + 0,001= 0,0022 м = 2,2 мм.
Требуемое условие (0,0022 - 0,001) / 1 < 0,125 выполняется. Исходя из условия, по которому толщина стенки полусферического днища должна быть не меньше толщины стенки кожуха принимаем толщину стенки днища равной 5мм.=0,005м.
Подсоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или штуцеров. Штуцерные соединения могут быть разъемными и неразъемными. Наиболее употребительны разъемные соединения с помощью фланцевых штуцеров. Стальные фланцевые штуцера представляют собой короткие куски труб с приваренными к ним фланцами либо с фланцами, удерживающимися на отбортовке, либо с фланцами, откованными заодно со штуцером. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров могут быть тонко- или толстостенными. Штуцера не рассчитывают на прочность, а выбирают. Типы штуцеров определены действующими стандартами, сводную таблицу которых можно найти в справочнике.
По назначению все фланцевые соединения в химическом аппаратостроении подразделяются на фланцы для трубной арматуры и труб и фланцы для аппаратов. Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев, уплотнительного устройства и крепежных элементов.
Конструкцию фланцевого соединения принимают в зависимости от рабочих параметров аппарата: при р ≤ 2,5 МПа
и t
≤ 300˚С
применяют плоские приварные фланцы (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Конструкция плоского приварного фланцевого соединения
Во фланцевых соединениях при р ≤ 2,5 МПа
и
t
≤ 300˚С
применяют болты.
Опоры служат для установки аппаратов на фундамент. Опора имеет обечайку цилиндрической или конической формы и фундаментное кольцо из полосовой стали, приваренное к кожуху. Опору приваривают к корпусу аппарата сплошным швом.
При установке аппарата внутри помещения на полу применяются отдельные опорные лапы обычно 4. Выбирают лапы по нормали в зависимости от нагрузки. Подвесные опорные лапы рекомендуется располагать выше центра масс аппарата.
Опоры служат для установки аппаратов на фундамент. Опора имеет обечайку цилиндрической или конической формы и фундаментное кольцо из полосовой стали, приваренное к кожуху. Опору приваривают к корпусу аппарата сплошным швом.
При установке аппарата внутри помещения на полу применяются отдельные опорные лапы обычно 4. Выбирают лапы по нормали в зависимости от нагрузки. Подвесные опорные лапы рекомендуется располагать выше центра масс аппарата.
Выбор типа опоры аппарата зависит от ряда условий: места установки аппарата, соотношения высоты и диаметра аппарата, его массы и т.д. При установке колонных аппаратов на открытой площадке, когда отношение высоты опоры к диаметру аппарата меньше или равно 5, то рекомендуют использовать опоры в виде ножек. Для горизонтальных аппаратов, устанавливаемых в помещениях, рекомендуют применять седловые опоры. Руководствуясь этими рекомендациями, мы выбираем седловые опоры.
Одним из основных элементов кожухотрубчатых теплообменников являются трубные решетки. Они представляют собой перегородки, в которых закрепляются трубы и которыми трубное пространство отделяется от межтрубного.
Для большинства типов неподвижно закрепленных решеток их высоту рассчитывают по формуле:
h
=
K
∙
D
√
p
/
φ
0

σ
и.д

+ С к
+ С окр
,

D
= D
п

– средний диаметр цилиндрической обечайки кожуха аппарата:
σ
и.д

= 140 МН/м 2
– допускаемое напряжение на изгиб материала решетки;
φ
0

– коэффициент ослаблений решетки отверстиями:
φ
0

= (
D
п

–
z
р

∙
d
н

) /
D
п

= (0,805 -10 ∙ 0,02) / 0,805= 0,75,
где z
р

– число труб на диаметре решетки;
h
= 0,45 ∙ 0,805 ∙ √0,392 / (0,75 ∙ 140) + 0,001 = 0,023 м = 23 мм.

Высоту решетки снаружи определяют по формуле:
h
1

=
K
1

∙
D
п

√
p
/
σ
и.д

+ С к
+ С окр
,

h
1

= 0,36 ∙ 0,805 ∙ √0,392 / 140 + 0,001 = 0,016 м = 16 мм.

где K
1

= 0,36; D
п

= 0,805 м; р
= 0,392 МПа.
Минимальный шаг между трубами t
рекомендуется принимать соответственно диаметру труб: d
н

= 25 мм, t
= 1,3 ∙
d
н


Высоту трубной решетки принимаем 32 мм
В данном курсовом проекте я произвел подбор и расчет теплообменной установки, предназначенной для использования в производстве крепленого вина. Мной был произведен технологический, гидравлический расчет, а также элементы механического расчета. Исходя из полученных данных был подобран по каталогу нормализованный четырехходовой кожухотрубчатый теплообменник. Кроме того была подробна рассмотрена технологическая схема теплообмена.
1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. 496с.
2. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков//Под ред. Чл-корр. АН СССР П.Г. Романкова.- 10-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1987. 576с.
3. Расчет теплообменных аппаратов: Учеб. пособ./ В.Д. Измайлов, В.В. Филиппов; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2006. 108с.

Название: Подбор и расчет теплообменной установки, предназначенной для использования в производстве крепленого вина
Раздел: Промышленность, производство
Тип: курсовая работа
Добавлен 09:59:32 20 марта 2010 Похожие работы
Просмотров: 957
Комментариев: 15
Оценило: 3 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Поверхность теплопередачи F т
, м 2

Площадь трубного пространства S тр
, м 2

Площадь межтрубного пространства S мтр
, м 2

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Подбор и расчет теплообменной установки, предназначенной для использования в производстве крепленого вина
Реферат: Summary Mice And Men Essay Research Paper
Реферат: Смута на Руси
Курсовая работа: Маркетинг образовательных услуг. Скачать бесплатно и без регистрации
Чем Опасно Вранье Сочинение
Судьба Человека Тема Памяти Сочинение
Доклады На Тему Фолиевые Краски
Сочинение Дом Который Украшает Наш Поселок
Дипломная Работа Критическое Мышление
Пенсионная Система Швеции Реферат
Сочинение Интересная Встреча В Деревне
Реферат: Система государственных органов власти в россии и за рубежом
Реферат Технология Производства Молока
Контрольная работа по теме Оценка посадки, остойчивости и прочности судна в процессе эксплуатации
Реферат На Тему Значение Водорослей
Дипломная работа по теме Проблема пропаганды наркомании на страницах печатных и виртуальных молодежных изданий
Уэллс Собрание Сочинений В 15 Томах
Реферат по теме Проблемы выбора карбапенемных антибиотиков в конце 90-х гг.
Дипломная работа по теме Разработка генератора заданий по дисциплине 'Автоматизированные информационно-управляющие системы'
Реферат: Соціально-трудові відносини як система
Реферат: Gas Vs Electric Essay Research Paper The
Реферат: Психология конфликта
Доклад: Развитие мелкой моторики у детей
Учебное пособие: Теория бухгалтерского учета