- •Оглавление
- •Введение
- •1. Объем и содержание курсового проекта
- •1.1.Содержание расчетно-пояснительной записки
- •1.2. Оформление расчетно-пояснительной записки
- •1.3. Графическая часть проекта
- •1.4. Защита курсового проекта
- •2. Расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Задание на курсовой проект
- •2.3. Методика теплового расчета и выбор стандартного
- •2.4. Гидравлический расчет теплообменника
- •2.5. Механический расчет теплообменника
- •2.6. Примеры расчета и выбора стандартных кожухотрубчатых теплообменников
- •2.6.1. Расчёт и выбор теплообменника – холодильника
- •Тепловой расчёт
- •Аэродинамический расчёт
- •Механический расчёт
- •2.6.2. Расчёт и выбор теплообменника – нагревателя
- •Тепловой расчёт
- •Механический расчет
- •2.6.3. Расчет и выбор теплообменника-испарителя
- •Тепловой расчет
- •2.6.4. Расчет и выбор теплообменника-конденсатора
- •Тепловой расчет
- •2.7. Расчет тепловой изоляции Основные понятия
- •Методика расчета тепловой изоляции
- •Порядок выполнения расчета
- •2.8. Расчет и выбор вспомогательного оборудования
- •2.9. Специальный вопрос
- •3. Расчет ректификационной установки Основные условные обозначения
- •3.1. Общие положения
- •3.2. Задание на курсовой проект
- •3.3. Методика расчета ректификационной установки
- •3.3.1. Определение расходов дистиллята и кубового остатка
- •3.3.2. Построение диаграммы у-х и t-х,у
- •3.3.3. Определение оптимального флегмового числа
- •3.3.4. Определение числа теоретических
- •3.3.5. Расчет скорости пара
- •3.3.6. Расчет диаметра и общей высоты колонны
- •3.3.7. Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн
- •3.3.8. Выбор материала и расчет толщины слоя
- •3.3.9. Тепловой расчет установки
- •3.3.10. Расчет штуцеров и соединительных трубопроводов
- •3.3.11. Механический расчет колонны
- •3.4. Пример расчета ректификационной установки
- •Теплообменник; 2- кубовый подогреватель; 3- ректификационная колонна; 4- дефлегматор; 5- сепаратор; 6-конденсатор-холодильник
- •3.5. Пример расчета ректификационной установки
- •3.6. Сведения об источниках с примерами расчетов
- •3.7. Специальный вопрос
- •4. Оформление графической части курсового проекта
- •4.1. Технологические схемы
- •4.2. Чертежи общего вида
- •Пояснительная записка
- •Задание на курсовой проект по курсу «Процессы и аппараты химической технологии»
- •Литература
Аэродинамический расчёт
Задачей аэродинамического расчёта является определение потери давления потока воздуха, перемещающегося в межтрубном пространстве теплообменника. Рассмотрим последовательно первый и второй варианты теплообменника. Для обоих вариантов в качестве расчетной может рассматриваться схема на рис. 2.4, в. Так как температуры воздуха на входе и выходе теплообменника близки, то для упрощения расчёта примем поток изотермической температурой t1 = 31,4 °С.
Вариант 1
Предварительно найдём необходимые параметры.
Условный проход штуцеров
Полученное значение определяем до стандартной величины dш = 0,15 м [3] (табл. 2.6 на стр. 55).
Скорость воздуха в штуцерах на входе и выходе из кожуха теплообменника
Скорость воздуха в межтрубном пространстве
Коэффициент трения в межтрубном пространстве при размещении труб по вершинам равносторонних треугольников (шахматный пучок):
где D – диаметр кожуха теплообменника, м.
Расстояние между перегородками
где n - число перегородок, равно 22 [3] (табл. 2.7 на стр. 56); L - длина труб, м.
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства рассчитываем по формуле
где слагаемые в правой части соответствуют обозначением на рис. 2.4, в.
В нашем случае:
где коэффициент местного сопротивления при входе в межтрубное пространство ξ6 = 1,5 (табл. 2.3);
где коэффициент местного сопротивления при сгибании потоком перегородки ξ7 = 1,5 (табл. 2.3);
где коэффициент местного сопротивления при выходе из межтрубного пространства ξ8 = 1,5 (табл. 2.3);
Вариант 2
Аналогично выполненный расчёт привёл к следующим результатам для варианта 2:
dш =0,2 м; ωш =2,22 м/с; ωмтр =1,6 м/с; λ/тр =3,75; lп =0,4 м; Δp6 =34,3 Па; Δpмт =44,5 Па; Δp7 = 18 Па; Δp8 = 34,3 Па; Δp = 330,5 Па.
Результаты аэродинамического расчёта показывают, что потеря давления потока воздуха в первом варианте теплообменника Δp1 = 12400 Па значительно выше, чем допускаемая величина Δpдоп = 5000 Па (исходные данные). Для второго варианта теплообменника Δp2 = 330,5 Па < Δpдоп.
Таким образом, выбираем в дальнейшем будем рассматривать второй вариант с параметрами: Dв = 600 мм; Dн = Dв + 2δ = 600 + 2·5 = 610 мм (толщина стенки кожуха δ принята по табл. 2.4); dн = 25 мм; δст = 2 мм; z = 4; L = 2 м; n = 206 шт.; F = 32 м2.
Механический расчёт
Используемые теплоносители (вода, воздух) неагрессивны и поэтому теплообменник выполнен из углеродистых сталей. Давление теплоносителей в межтрубном пространстве Рк = 0,8 МПа, а в трубном Рт = 0,4 МПа.
Конструктивные параметры выбранного теплообменника: Dв = 600 мм; dн = 25 мм; δк=5 мм; δст=2 мм; n=206 шт.; площадь сечения труб ; площадь сечения кожуха
Усилия, обусловленные температурными деформациями в теплообменнике, одинаковые для труб и кожуха из одинакового материала:
где αт - коэффициент температурного линейного расширения углеродистой стали, равен 14,5·10-6 К-1 (табл. 2.1); Е – модуль нормальной упругости стали, равен 19,8·1010 Па (табл. 2.1); tк - температура стенки кожуха принята равной средней температуре воздуха t1 = 31,4 °С (равенство tк ≈ t1 выполняется при наличии тепловой изоляции снаружи кожуха); tст - температура стенки теплопередающих труб, принята наименьшей из рассчитанных в тепловом расчёте значений tст = 22 °С.
Общее растягивающее усилие от действия давлений теплоносителей
Растягивающее усилие от действия давления, воспринимаемое трубами
Растягивающее усилие от действия давления, воспринимаемое кожухом
Напряжение, воспринимающее в трубах
Напряжение, возникающее в кожухе
Нормативное допускаемое напряжение для углеродистой стали Ст 20 составляет [σ]доп = 146 МПа (табл. 2.1). Можно видеть, что σт и абсолютное значение σк существенно меньше [σ]доп. Это позволяет выбрать теплообменник типа Н с неподвижными трубными решётками и без компенсатора температурных деформаций. В этом случае необходимо дополнительно проверить на надёжность крепление труб в трубных решётках по формуле
Принимая толщину трубной решётки в равной dн = 0,025 м, для левой части формулы получаем
Данная величина значительно меньше допускаемого усилия для крепления труб вальцовкой в гладких отверстиях трубной решётки, которое равно Рдоп = 15 МПа.