2. Механическийрасчётвыпарногоаппарата

Расчёттолщиныстенкигреющейкамеры.

Материалобечайки12Х18Н10Т,дляданногоматериалапографику[9,стр.406,рис.14.2]при𝜃𝜃^′′=144,8°𝐶𝜎𝜎^∗=138^МН.

к д _м2

Рассчитаемдопускаемоемеханическоенапряжение:

МН

^[𝜎𝜎^]=138∗ 1,0=138

_м2

𝑃=4,15бар=0,415 Мпа

𝑃𝐷

𝐷=600 мм

0,415 ∗ 600

^{𝜎𝜎ст=2𝜑[}𝜎𝜎^]−𝑃^+с=2∗1,0∗138−0,415^+3=3,90мм

гдекоэффициентпрочностисварногошвадлястыковогоодностороннегоручного шва𝜑 = 1,0и прибавка для компенсации коррозиис = 3 мм[10, стр.11].

Окончательнопримемтолщинустенкиравной6мм.

1. Высотаидиаметрсепаратора

Сепарационное пространство в выпарном аппарате служит для предотвращенияуносавторичнымпаромкапельупариваемогораствора,таккаккаплиуносимогорастворапопадаютвмежтрубноепространствоследующеговыпарногоаппарата, увеличивают его термическое сопротивление, загрязняют конденсатпара.Уностакжеуменьшаетвыход готовогопродукта.

Величинууносакапельхарактеризуетобъемнымнапряжениемпаровогопространства R_v, представляющего отношение объемного потока вторичногопарана 1м³парового пространства.

_м3

𝑅𝑅_𝑣𝑣=4200_м3ч

Для реальных случаев выпаривания принимают предельное напряжениепаровогопространства:

𝑅𝑅

пред

𝑣𝑣

=𝑅𝑅_𝑣𝑣∗0,35=4200∗0,35=1470

_м3м³ч

Объёмсепарационногопространстваопределяетсяпоформуле:

𝑉𝑉

₌ 𝑊𝑊₁

=^{1,245∗3600=}4,74м³,где𝜌

−плот.вторичногопара

сеп

_𝑅𝑅пред_∗𝜌

1470 ∗ 0,643 ^вт

_𝑣𝑣 вт

Пустьвысотасепаратора𝐻_сеп=1,6м.

Тогдадиаметрсепаратора:

^𝐷сеп^=�

^4𝑉𝑉сеп

4∗4,74

=^�

=1,94 м

^𝜋𝐻сеп

𝜋∗ 1,6

Приминаемдиаметрсепаратора2000мм.

2. Расчёт толщины цилиндрической обечайки корпусааппарата

Расчётноедавлениевсепараторе:

^𝛿𝛿ст

₌ 𝑃𝐷_в

2𝜑^[𝜎^]−𝑃

𝑃=1,31бар=0,131 Мпа

𝐷_в=2000мм

0,131∗2000

+с=

2∗1,0∗138−0,131

+3=3,95 мм

Окончательнопримемтолщинустенкиравной6мм.

3. Расчёттолщиныэллиптическойкрышкиаппарата

Расчётпроведемпоформуле[10,стр.11]:

_𝑆= 𝑃𝐷_в

2𝜑^[𝜎^]−𝑃

0,131∗2000

+с=

2∗1,0∗138−0,131

+3=3,95мм

Окончательнопримемтолщинустенкиравной6мм.

4. Расчёттолщиныстенкиконическогоднищааппарата

Проведёмрасчётпонапряжениямизгибавмеридиональномнаправлениивпереходнойдугепо формуле [10,стр.12]:

_𝑆=𝑦𝑦𝑃𝐷_в

2𝜑^[𝜎^]

2∗ 0,131 ∗ 2000

+с= + 3=3,95мм

2 ∗ 1,0 ∗ 138

гдекоэффициент𝑦𝑦=2найдёмпографику[10,стр.524,рис17.5]взависимости

отугла𝛼=45°иотношение^𝑟𝑟в

𝐷𝐷_в

=0,15,коэффициент𝜑=1,0.

Определяемтолщинустенкиконическогоднищанарастяжениевнаправленииокружностипо формуле [10,стр.525,17.5]:

𝑃𝐷_𝑝

0,131∗ 1675

^{𝑆𝑘=(2𝜑[}𝜎^{]− 𝑝𝑝)}cos𝛼^{+ с=(}2 ∗1,0 ∗ 138− 0,131⁾∗0,707^{+ 3=4,1мм}

гдерасчётныйпараметр𝐷_𝑝:

𝐷_в∗𝑆₁

𝐷_𝑝=𝐷_в−2�𝑟_в⁽1−cos𝛼⁾⁺sin𝛼^�_cos𝛼�

=2000−2∗�0,15∗2000∗⁽1−0,707⁾⁺0,707∗^�

=1675мм

2000 ∗3,95

�

0,707

Вовсехслучаяхтолщинаднищадолжнабытьнеменьшетолщиныобечайки,поэтомуокончательнопримемтолщинустенкиднищаравной6 мм.

5. Опорныеконструкцииаппарата

ВыберемопоруОН-26-01-69-68IIтипа(аппаратстеплоизоляцией)[9,стр.672].

Количествоопорвыбираютисходяиздопускаемойнагрузкинаоднуопоруипоконструктивнымсоображениям, но неменее трёх.

Пустьопорбудет4.Найдёмнагрузкунаоднуопору:

𝑛∗𝑀∗ 𝑔

𝑄𝑄=

,где𝑛−коэффициентзапаса,𝑀−масса аппарата.

𝑧

1,5∗9,81∗ 4200

𝑄𝑄=

4

=15,45кН

2. Узелподогреваисходногораствора

1. Общиепонятия

В подогревателе раствор должен нагреться до температуры, близкойтемпературев1 корпусе.

Теплофизическиесвойствараствораприведеныранее.Материалподогревателятотже, что и длякорпусаВУ.

Выбираемкожухотрубчатыйтеплообменныйаппаратавертикальногорасположения:втрубноепространствоподаётсяраствор,авмежтрубное–сухойнасыщенныйводянойпар.ТАиегопотокиимеютвид:

2. Тепловаянагрузкааппарата

ТепловаянагрузкааппаратаQопределяетсяисходяизусловийнагреваисходного раствора от начальной температуры t_ндо конечной t₀по следующейформуле:

𝑄𝑄= 𝑆_0∗𝐶_0∗⁽𝑡₀₋𝑡_н⁾⁼

11000

∗ 3,90∗⁽92 −20⁾⁼858кВт

3600

3. Движущаясилапроцессатеплопередачи

Онаопределяетсякаксредняялогарифмическаяразностьтемператургреющегопара(T) ираствора (t):

(𝑇−𝑡)_ср

=∆_ср

_=∆1−∆₂

ln^∆1

∆₂

где∆₂,∆₁–разности температуртеплоносителей наконцахтеплообменника.

∆₁=𝑇−𝑡_н=144,8 − 20=124,8°𝐶

∆₂=𝑇−𝑡₀₌144,8−92=52,8 °𝐶124,8− 52,8

∆_ср=

124,8

^ln52,8

=83,7°𝐶

4. Выбортипатеплообменника

Выбортеплообменниказависитотрядафакторов,обусловившихпоявлениеразныхконструктивныхмодификацийэтогоклассааппаратов.

Наибольшее распространение получили кожухотрубчатые теплообменники. Поконструктивному признаку эти аппараты подразделяются на три типа: жесткойконструкции(типТН),нежесткойконструкции(типТП)иполужесткойконструкции(типТЛ).

Аппараты типа ТН выполняются с неподвижными трубными решётками.При перепадах температур между корпусом аппарата и трубками выше 50°C вэтихаппаратахпоявляютсяопасныетермическиенапряжения,ограничивающиеобластьихвозможногоприменения.Заметим,чтоуаппаратовэтоготипачистканаружнойповерхноститруб невозможна.

ВаппаратахтипаТПоднаизтрубныхрешётокможетсвободноперемещаться в осевом направлении вместе с прикрепленной к ней крышкой, всвязисчемаппаратполучилназваниетеплообменникас"плавающейголовкой".Этитеплообменникимогутиспользоватьсявтехслучаях,когдаразностьтемператур между трубным пространством и кожухом превышает 50°C иликогданеобходимопроизводитьчисткунаружныхповерхностейтруб.

АппаратытипаТПприменяюттогда,когданормализованныекомпенсаторы,устанавливаемыенакожухе,необеспечиваюткомпенсациютемпературныхнапряжений.Этиаппараты,однако,обладаютрядомнедостатков, один из которых состоит в необходимости увеличения диаметракожухадляразмещениявнёмфланцевплавающейголовки.Сопряжённоесэтимувеличение сечения межтрубного пространства ведёт в некоторых случаях кухудшениюусловийтеплообмена.Чтобыизбежатьэтого,иногдаделаютуширениекорпусатольковместеразмещенияплавающей головки.

Теплообменники ТЛ снабжаются линзовыми компенсаторами на кожухе(корпусе): здесь кожух и трубы жестко соединены с трубными решётками, ноналичиелинзпозволяеткорпусуудлинятьсянастолькоже,насколькоудлиняются трубы. Эти теплообменники применяют при разности температурмеждукожухомипучкомтруббольше50°С.Чистканаружнойповерхноститрубвэтих аппаратах невозможна.

Вкачествеподогревателейжидкостиидефлегматоровнаиболеерациональны многоходовые кожухотрубчатые теплообменники. При этом потемпературнымусловиям,какправило,пригоднытеплообменникижесткойконструкции.Аппаратынежёсткойконструкциистремятсяприменятьвкрайнихслучаях,так какони болеесложны иу нихвыше стоимость.

Расположениекожухотрубчатыхаппаратов(вертикальноеилигоризонтальное)обычнонеимеетсущественногозначения.Сточкизренияэкономиипроизводственныхплощадейпредпочтительновертикальноерасположение.