Процессы и аппараты химической технологии приводятся расчеты процесса подогрева - Химия курсовая работа

Главная

Химия
Процессы и аппараты химической технологии приводятся расчеты процесса подогрева

Назначение и области применения теплообменного оборудования. Технологическая схема установки. Выбор конструкционного материала. Расчет поверхности теплообмена и подбор теплообменника. Прочностной, конструктивный и гидравлический расчет теплообменника.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

В данном курсовом проекте по процессам и аппаратам химической технологии приводятся расчеты процесса подогрева 10 % - ного раствора гидроксида натрия в вертикальном кожухотрубчатом теплообменнике производительностью 25 т. раствора в час Греющий агент - водяной пар давлением 0,3 МПа. Выполнены материальные и тепловые расчеты процесса, определена поверхность теплопередачи и подобран стандартный кожухотрубчатый аппарат. Выполнен прочностной расчет основных элементов теплообменника. Рассчитано гидравлическое сопротивление трубного пространства аппарата и найдена требуемая толщина слоя тепловой изоляции.
Проект состоит из расчетно - пояснительной записки на 21 странице машинописного текста и чертёжа общего вида аппарата с деталировкой узлов.
Процессы нагревания являются весьма распространенными в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и некоторых других отраслях промышленности. Многие химические реакции, а также массообменные процессы, выпаривание протекают при температурах, превышающих температуру окружающей среды. Наиболее часто требуется умеренное нагревание жидких сред - до температур не более 120-150 оС. Техническое осуществление процессов нагревания производится в теплообменных аппаратах различных конструкций. Как правило, при осуществлении процесса в теплообменниках один теплоноситель (теплоотдающий) передает теплоту другому теплоносителю (тепловоспринимающему). Если передача теплоты происходит при изменении агрегатного состояния какого либо теплоносителя (кипение жидкости или конденсация пара), то его температура в процессе теплопередачи остается постоянной. В остальных случаях температуры теплоносителей в теплообменных аппаратах изменяются. Для умеренного нагревания в качестве источника теплоты используется перегретая вода, а чаще - водяной пар. К достоинствам водяного пара как источника теплоты следует отнести простоту осуществления нагрева и легкость регулирования температуры. Благодаря большой теплоте конденсации расход водяного пара на нагревание невелик. Высокий коэффициент теплоотдачи при конденсации пара способствует интенсивному проведению процесса теплообмена.
В подавляющем большинстве процессов нагревания с помощью водяного пара используют кожухотрубчатые теплообменники различных типов ввиду их несомненного преимущества перед теплообменниками других конструкций.
2. Назначение и области применения проектируемого оборудования
Кожухотрубчатые теплообменники относятся к рекуперативным и предназначены для обмена теплотой двух жидкостей, конденсации паров в межтрубном пространстве при охлаждении водой, а также для подогрева жидкостей и газов за счет теплоты конденсации пара.
Кожухотрубчатые теплообменники могут иметь различное конструктивное оформление в зависимости от параметров обменивающихся теплотой сред, производительности, вида теплоносителей . Они могут быть с неподвижной трубной решеткой или предусматривать тот или иной вид компенсации температурных удлинений: плавающая головка, линзовый компенсатор, U - образные трубы и прочее. В соответствии с ГОСТ 15121-79 теплообменники могут быть двух, четырех, и шести ходовыми по трубному пространству. Характерной отличительной особенностью кожухотрубчатых теплообменников с паром в качестве одного из теплоносителей является большой диаметр штуцера для подвода пара, значительно превышающий размеры всех других штуцеров. Как правило, аппараты располагаются вертикально, однако, в некоторых случаях, особенно когда теплообменники используются в качестве испарителей, возможно и горизонтальная компановка.
Теплообменники с плавающей головкой, и U - образными трубками применяются при значительной разности температур стенок и кожуха, разности давлений в трубном и межтрубном пространствах, а также в случае необходимости механической чистки трубного пучка снаружи.
В теплообменнике с плавающей головкой за счет подвижной нижней трубной решетки решается проблема температурных деформаций труб и кожуха, однако это достигается за счет значительного усложнения конструкции.
Элементы стандартных теплообменных аппаратов существенно зависят от диаметра кожуха, определяемого в свою очередь величиной поверхности нагрева (то есть числом труб, их длиной и диаметром).
3. Технологическая схема установки
теплообменник гидравлический поверхность конструктивный
Технологическая схема установки для подогрева раствора гидроксида натрия представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Технологическая схема нагревания раствора гидроксида натрия в кожухотрубчатом теплообменнике водяным паром.
1. Теплообменник 2. Ёмкость с холодным раствором; 3. Сборник нагретого раствора; 4. Конденсатоотводчик. 5. Насос для подачи раствора; 6. Линия подвода пара.
Раствор гидроксида натрия из ёмкости 2 насосом 5 подается через штуцер в трубки теплообменника. Пройдя рассчитанное число ходов по трубкам, нагретый раствор выводится и поступает в дальнейшую переработку. Водяной пар поступает в межтрубное пространство теплообменника 1 и конденсируются на наружной поверхности труб, передавая теплоту конденсации нагреваемому раствору. Конденсат стекает под действием силы тяжести по трубкам и выводится через нижний штуцер через конденсатоотводчик 4 в емкость для конденсата, откуда насосом подается в котельную
4. Выбор конструкционного материала аппарата
Поскольку гидроксид натрия концентрацией 10 % при температуре до 80 оС вызывает коррозию углеродистых сталей [7], для изготовления частей теплообменника, соприкасающихся с раствором: трубок, трубных решеток, крышек и прочее, применяем нержавеющую сталь марки Х18Н10Т. Корпус аппарата и детали, не соприкасающиеся с раствором, изготавливаются из углеродистой стали ВСт 3 сп.
В качестве материала прокладок применяем паронит, устойчивый к действию щелочи рабочей концентрации.
5. Расчет поверхности теплообмена и подбор теплообменника
5.1 Определение средней разности температур
По таблицам [cтр 549-550] находим параметры греющего насыщенного водяного пара, соответствующего давлению 0,3 МПа: температура - tп =139.2 оС Температурная схема теплоносителей:
139.2 оС > пар -конденсат > 139.2 оС
Так как температура конденсации пара постоянна, расчет средней разности температур проводим по формуле для противотока без поправок на смешанный ток, характерный для многоходовых теплообменников:
где Дtб и Дtм - большее и меньшее значение разности температур горячего и холодного теплоносителя на сторонах теплообменника..
Дtб =- = 139.2 - 35 = 104.2 оС; Дtм = - = 139.2 -80 = 59.2 оС.
Средняя температура раствора = - Дtср = 139.2-79.6 =59.6 оС.
Из справочных таблиц находим физико-химические свойства конденсата водяного пара при температуре конденсации и 10 %-ного раствора гидроксида натрия при средней температуре.
Для раствора при температуре 35 оС: теплопроводность л= 0,6 Вт/(м•К) [стр 561], плотность с = 1090 кг/м3 [стр 512]; динамическая вязкость м = 0,000915 Па•С [стр 517], удельная теплоемкость вычисляется по формуле: Ср= Ств•х + Свод•(1-х) Дж/кг•К, где Ств = 0,92 кДж/кг [2] - теплоемкость безводного гидроксида натрия; Свод = 4,19 кДж/кг•К - теплоёмкость воды[стр 562]; х - массовая доля NaOH в растворе.
Ср= 0,92•0,1 + 4,19•(1 - 0,1) = 9,54 Дж/кг•К.
Для конденсата водяного пара при 139.2оС: теплопроводность л= 0,679 Вт/(м•К), плотность с = 923 кг/м3[стр 512]; динамическая вязкость м = 0,000174 Па•С, удельная теплота конденсации r =2110000 Дж/кг [ стр 549].
5.2 Ориентировочное значение поверхности теплообмена и предварительный выбор теплообменника
Уравнение теплового баланса теплообменника
где r - теплота конденсации водяного пара при рабочем давлении, Gр - количество нагреваемого раствора, Gр = 25000/3600 = 6,94 кг/с; 0,98 - коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду через тепловую изоляцию теплообменника. (2%)
Тепловой поток через поверхность нагрева равен количеству теплоты, воспринимаемому раствором гидроксида натрия
Q = Gр • Ср •( -) = 6,94 •9,54 •1000•(60 -35) = 1655190 Вт
Решая уравнение теплового баланса находим расход греющего пара.
При нагревании водяным паром раствора гидроксида натрия примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор = 900 Вт/(м2К) [2] . Тогда приближенно поверхность теплообмена будет равна
Задаваясь числом Рейнольдса Re=12000 найдем отношение числа труб к числу ходов n/z, приняв теплообменник с трубками внутренним диаметром 16 мм.
Вариант А. Такому числу труб n = 31 шт. и площади поверхности аппарата F = 15,1 м2 по [1, табл. 1.8] ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15122-79 наиболее полно отвечает кожухотрубчатый двухходовой теплообменник диаметром 325 мм, с числом труб 28 в одном ходе, длиной теплообменных труб 4000 мм и площадью поверхности F = 17,5 м2.
5.3 Уточнение поверхности теплообмена и окончательный выбор теплообменника
Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кислоте, пользуясь критериальным уравнением для турбулентного режима вынужденного движения раствора в трубках.
где Prж- критерий Прандтля 10% раствора щелочи при средней температуре раствора 59.6 оС
Prст - критерий Прандля при температуре стенки со стороны раствора.
Рис. 2. Распределение температур на стенке трубы по направлению теплового потока.
Средняя разность температур равна сумме частных тепловых напоров
где Дtп = tп - t ст.п. - движущая сила теплоотдачи со стороны пара;
Дtст =tcт.n - tст.р-ра - движущая сила теплопроводности через многослойную стенку; Дtр-ра = tст.р-ра - tр-ра движущая сила теплоотдачи со стороны раствора кислоты.
Температурой стенки со стороны раствора задаемся с последующей проверкой. Предварительно принимаем 100 оС. Для 10%-ного раствора щелочи при температуре 100 оС [6]: теплопроводность л= 0,633 Вт/(м•К), динамическая вязкость м = 0,000466 Пас, теплоемкость 4030 Дж/(кгК)
Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке вертикальных труб определяем по уравнению:
где - соответственно теплопроводность, плотность и динамическая вязкость конденсата при температуре конденсации 170 оС (найдено ранее), dн - наружный диаметр труб, n - их число в пучке, на котором происходит конденсация, Gп - расход пара.
где д - толщина стенки трубы (0,002 м); лст - теплопроводность нержавеющей стали, лст = 17,5 Вт/(м•К); сумма термических сопротивлений загрязнений со стороны пара и раствора щелочи.
rв + rсп = 1/5800 + 1/2900 = 0,000517 (м2К)/Вт [ 2 ].
Проверяем температуру стенки со стороны раствора:
Перезадаемся температурой стенки 73 оС
Для 10% ного раствора щелочи при температуре 73 оС [6]: теплопроводность л= 0,615 Вт/(м•К), динамическая вязкость м = 0,00061 Пас, теплоемкость 4030 Дж/(кгК)
Проверяем температуру стенки со стороны раствора:
К постановке принимаем двух ходовой теплообменник теплообменник диаметром кожуха 325 мм, число труб 56. Поверхность теплообмена по наружному диаметру 17,5 м2 при длине труб 4 м.
6. Конструктивный расчет теплообменника
Минимальную толщину стенки цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитываем по уравнению [3]:
где Dк - внутренний диаметр обечайки аппарата, м; Р - расчетное давление, принимаем 0,2 МПа; ц -коэффициент ослабления обечайки из-за сварного шва и наличия неукрепленных отверстий, принимаем ц = 0,9; [у] =з•у* - допускаемое напряжение для материала обечайки, МН/м2; з - поправочный коэффициент, з = 0,9; у*- нормативное допускаемое напряжение, для стали 08Х18Н9Т при расчетной температуре 170 оС, у*= 112 МН/м2; С1 - прибавка на коррозию и эрозию. При скорости коррозии 0,1 мм в год и сроке службы аппарата 10 лет С1 = 10•0,1= 1 мм = 0,001м (коррозия односторонняя); С2 - прибавка к толщине стенки на минусовой допуск заготовки и округление размера до стандартного значения.
Минимальная толщина стенки кожуха при Dк = 325 мм равна 4 мм [4] принимаем С2 = 0,002 м.
6.2 Толщину днища и крышки принимаем равной толщине стенки обечайки, то есть 0,004 м

D=325 мм; h = 20 мм; hв = 80 мм; S = 4 мм
6.3 Проверка внутреннего диаметра кожуха
Выбираем способ размещения трубок в трубной решетке по вершинам правильных равносторонних треугольников.
Шаг между трубками для труб диаметром 20 мм ориентировочно принимаем равным:
Рис. 4. Размещение труб в трубной решетке
1,25 dн = 1,25·20 = 25 мм (0,025 м)
Согласно [1] минимальный (без учета перегородок) внутренний диаметр кожуха равен:
DВн = t·(b - 1) + dн + 2· (t - dн) ,
где DВн - внутренний диаметр кожуха, b - число трубок на диагонали шестиугольника, определяемое из выражения:
DВн = 0,025·(11 - 1) + 0,02 + 2· (0,025-0,02) = 0,280 м.
82 теплообменных трубки наружным диаметром 20 мм разместится в кожухе диаметром 325 мм по вершинам равносторонних треугольников при наличии перегородок между ходами. Схема размещения труб показана на рис. 4.
Расчет диаметра штуцеров производим по формуле:
где d - внутренний диаметр штуцера, м; G - массовый расход среды, кг/с; с - плотность среды, кг/м3; w - скорость потока, м/с.
Диаметр штуцеров для раствора щелочи.
Принимаем скорость раствора в штуцере в пределах 1-3 м/с
Диаметр штуцера для водяного пара (с = 4,075 кг/м3; w = 10 -30 м/с )
Диаметр штуцера для конденсата (с = 897 кг/м3; w = 1 м/с )
6.6 Фланцы на штуцера принимаем стальные приварные по ГОСТ 1255-67
Размеры фланцев [3] показаны в таблице.
Вход водяного пара , d=100 мм, Ру = 0,8 МПа
Выход конденсата d=32 мм, Ру=0,8 МПа
Вход и выход раствора d= 50 мм, Ру=0,1 МПа
Опоры выбираем по весу аппарата, полностью заполненного водой.
где - вес аппарата в сборке; = 575 кг [4,c. 56, табл.2.8.]
Vапп- полный объём аппарата, включая объёмы трубок и межтрубного пространства, крышки и днища. Vапп = 0,785D2 ·lтр.+ Vкр. + Vдн , м3.
Vкр. и Vдн - соответственно объёмы крышки и днища аппарата, из таблиц [3, с.117]:
Vапп = 0,785·0,3252 ·2 + 2•0,006. = 0,178 м3.
G = 575 + 0,178·1000 = 753 кг (7,6 кН).
Выбираем опоры для вертикального аппарата в количестве 2 шт , тип 1 [3, стр. 275] . Нагрузка на одну опору 4 кН.
Размеры опоры (рис. 3): а = 75, а1 = 95, b = 95, h = 140, h1=10,K = 15,

7. Гидравлический расчет теплообменника
Гидравлический расчет теплообменника проводим только для трубного пространства. Он заключается в определении гидравлического сопротивления при движении раствора щелочи в трубках теплообменника.
где Qв - объёмный расход кислоты, м3/с; Qв=G2/с =4,157/1041 = 0,004 м3/с; l = 2 - длина теплообменной трубки, м; n - число труб в одном ходе; m- число ходов; ?ж - сумма коэффициентов местных сопротивлений для трубного пространства, ?жшт - сумма коэффициентов местных сопротивлений для штуцеров. Для четырех ходового теплообменника
?ж = (m-1)жпов.180 + m(жвх.тр. + жвых.тр.) + 2жпов.90
где жпов.180 - коэффициент м.с. для поворота на 180о между ходами теплообменника, жпов.180 = 2,5; жпов.90 - коэффициент м.с. для поворота на 90о во входной и выходной камерах теплообменника, жпов.90 = 1,25; жвх.тр. и жвых.тр. - коэффициенты м.с. для входа и выхода в трубках теплообменника, жвх.тр.= 0,5; жвых.тр = 1 [1,2].
?ж = 3·2,5 + 4·(0,5+1) + 2·1,25= 16
где (жвх) шт - коэффициент м.с. для входа в штуцер, (жвх) шт = 0,5;(жвых)шт - коэффициент м.с. для выхода из штуцера,
Шероховатость стальных труб (нержавеющая сталь) е = 0,1 мм [4, c.14];
500d/e = 500 ·0,016/0,0001 = 80000 >Re = 21255
20d/e = 20 ·0,016/0,0001 = 3200 < Re = 21255
Для определения коэффициента трения в трубках теплообменника примем формулу:
Целью расчёта является определение толщины слоя тепловой изоляции, необходимой для достижения температуры её наружной поверхности.
Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции и от наружного слоя изоляции в окружающую среду.
где б - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности тепловой изоляции окружающему воздуху, вычисляется по приближенной формуле [2,c.168]: б = 9,74+0,07Дt, Вт/(м2К); Дt = tиз.н- t0 = 40-20 = 20 оС.
В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии и 15% асбеста, имеющий коэффициент теплопроводности лиз=0,09 вт/(м·К) [2]
Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. М - Л.: Химия, 1987.
Лебедев В.Я. и др. Расчет и проектирование теплоиспользующего оборудования. Учебное пособие. Иваново 1992.
Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. - Л.: Машиностроение, 1981.
4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского. 2-е изд. М.: Химия, 1991.
5. Справочник азотчика. 2-изд. перераб. -М.: Химия, 1987. 464 с.
6. Теплофизические свойства газов, растворителей и растворов солей: Справочник / Сост. Шадрина Е.М. и др. Иваново 2004.
7. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник.- Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с, ил
Определение свойств теплоносителей. Оценка коэффициента теплопередачи и ориентировочной поверхности теплообмена. Конструкция вертикального кожухотрубчатого теплообменника жесткого типа. Расчет скорости воды в межтрубном пространстве теплообменника. курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.11.2013
Схема ректификационной установки. Расчет тепловой нагрузки. Ориентировочный выбор теплообменника: шестиходовый, четырехходовый, двухходовый, одноходовый. Расчет гидравлических сопротивлений. Механические расчеты узлов и деталей химических аппаратов. курсовая работа [792,2 K], добавлен 03.07.2011
Расчет параметров и выбор теплообменника для подогрева толуола, обеспечивающего объёмный расход при турбулентном течении жидкости. Сравнительный анализ конструкций одноходового и двухходового теплообменников, оценка достоинств и недостатков моделей. курсовая работа [206,1 K], добавлен 03.07.2011
Рассмотрение основных видов теплообменных аппаратов, применяемых в химической промышленности. Описание технологической схемы установки теплообменника. Ознакомление с основными законами гидродинамики. Гидравлический расчёт трубопровода и подбор насоса. курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.05.2014
Теоретические основы теплообменного процесса. Тепловые, материальные расчеты. Выбор типа, конструкции теплообменного аппарата. Гидравлическое сопротивление трубного пространства. Преимущества теплообменников "труба в трубе". Тепловое сопротивление стенки. курсовая работа [433,5 K], добавлен 13.06.2015
Технологические схемы процесса выпаривания. Конструкции выпарных аппаратов. Принцип действия проектируемой установки. Определение поверхности теплопередачи. Расчет толщины тепловой изоляции. Определение гидравлического сопротивления теплообменника. курсовая работа [1,4 M], добавлен 29.11.2010
Схема двухкорпусной выпарной установки. Расчет подогревателя. Количество передаваемого тепла от конденсатора к воде. Расход греющего пара. Подготовка к расчету коэффициента теплопередачи. Расчет коэффициента теплопередачи, поверхности теплообмена. курсовая работа [93,7 K], добавлен 04.01.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Процессы и аппараты химической технологии приводятся расчеты процесса подогрева курсовая работа. Химия.
Сочинение 9 3 Внимание К Ближнему
Сочинение по теме Именное составное сказуемое в повести Н.С.Лескова "Очарованный странник"
Сочинение по теме Marxism and women’s movement
Курсовая работа: Договор перевозки грузов автомобильным транспортом
Внешняя политика СССР в 1960-70-е гг. и ее последствия. Хельсинские соглашения
Сочинение На Тему Я Хочу Стать Футболистом
Курсовая Работа На Тему Отрасль Права
Курсовая работа по теме Анализ качества противопожарной защиты унифицированного учебного здания на 6 классов крупногабаритной техники глубиной 12 м. и разработка мероприятий по устранению выявленных недостатков
Білім Және Әлеуметтік Теңсіздік Эссе
Курсовая работа: Особливості діагностики і корекції затримки психічного розвитку в молодшому шкільному віці
Дипломная работа по теме Совершенствование системы неразрушающего контроля качества изделий на предприятиях машиностроительного профиля
Курсовая Работа На Тему Институционально-Социологоческое Направление Экономической Политики Школы Джона Гелбрейта
Высокомерие Сочинение 9.3
Уложение 1845 года
Контрольная Работа 1 Класс Скачать Бесплатно
Дипломная работа по теме Мировое соглашение в гражданском и в исполнительном производстве
Контрольная работа: Морально-естетична культура та спілкування
Контрольная работа по теме Лампы СВЧ диапазона
Контрольная работа: Претензии к железной дороге
Дипломная работа по теме Нейро-нечеткие сети
Управление персоналом в ООО "Энергопром СПБ" - Менеджмент и трудовые отношения отчет по практике
Особенности квалификации преступлений в сфере незаконного оборота наркотических средств, психотропных веществ или их аналогов - Государство и право дипломная работа
Биохимические изменения в облученной дезоксирибонуклеиновой кислоте - Биология и естествознание контрольная работа