Конструктивно – механический расчет

Цель: определение размеров конструктивных элементов аппарата, подбор стандартных элементов и проверка их на прочность, подобрать опоры к аппарату.

Подбор штуцеров

Диаметры штуцеров в распределительной камере (бензол):

принимаем d_шт=100 мм;

Диаметры штуцеров для межтрубного пространства:

Для пара:

Принимаем

Для стекающей жидкости (конденсат греющего пара):

Принимаем

Фланцы для патрубков

Dy	Болт	DФ	Dб	D1	h
100	M16	205	170	148	11
200	M16	315	280	258	15
80	M16	185	150	128	11

Расчет обечайки теплообменного аппарата

Принимаем материал сталь ВСт 3кп2 ГОСТ 380-71.

Толщина стенки обечайки, работающей под внутренним давлением, рассчитывается по уравнению:

, ,

где P_R- расчетное давление в аппарате, МПа; [δ]- предельно – допустимое напряжение для стали ВСт 3кп2 ГОСТ 380-71, МПа; D- диаметр обечайки, мм; φ_Р- коэффициент прочности сварного шва; С- прибавка;

;

Здесь Р рабочее давление в аппарате, МПа; [δ]₂₀ и [δ]₁₀₀допускаемые напряжения для стали при 20⁰С и при рабочей температуре 100⁰С

;

; P=1 атм=0,1 МПа;

; D=400 мм;

;

для бесшовных элементов.

Общее значение прибавки С:

С = С₁ , где С₁- прибавка на коррозию и эрозию, равная 1 мм;

;

; принимаем S=5 мм.

Фланец:

Dy	dн	DФ	Dб	D1	h
400	426	535	495	465	18

Расчет толщины трубной решетки

;

здесь d_н- наружный диаметр теплообменных труб, равный 25 мм;

Принимаем S_{тр. реш.} =25 мм.

Подбор крышки, днища и фланцев

Крышку и днище выбираем эллиптической формы с отбортовкой на цилиндр.

Днище 400-10 ГОСТ 6533-78.

Крышка 400-10 ГОСТ 6533-78.

Фланец:

Dy	dн	DФ	Dб	D1	h
400	426	535	495	465	18

Днище

h_в=100 мм; h= 25 мм; s=5 мм;

Выбираем фланец:

Dy	dн	DФ	Dб	D1	h
400	426	535	495	465	18

Подбор опоры

Выбираем массу аппарата из стандартных величин: M=1090кг.

Объем трубного пространства:

;

m_тр.пр=V_тр.пр·ρ =0,10008·1000=100,08 кг;

F₁ = m_тр.пр ·g = 100,08·9,8 = 980,784 H;

Объем межтрубного пространства:

;

m_м.тр.пр=V_м.тр.пр·ρ_.=0,2767·1000=276,7 кг;

F₂ = m_м.тр.пр ·g = 276,7·9,8 = 2711,66 H;

Для подбора опоры находим вес аппарата при полном заполнении:

P=Mg+F₁ +F₂=1090∙9,8+980,784+2711,66=14374,444H.

Рассчитаем давление на опоры:

, где z =4 – число опор.

Выбираем опору для вертикального аппарата:

Опоры – лапы по ОН 26-01-69-68 тип II на нагрузку 4000 Н;

Опоры (лапы) для цилиндрических аппаратов

L=85 мм; L₁=95 мм; L₂=80 мм; B=160; B₁= 75 мм; b₁=60 мм; b=22 мм; h= 10 мм; s=5 мм; а₁=40 мм; L_s=125 мм; Н₁=255мм; s₁=10 мм; d=12 мм; болты М10;

Гидравлический расчет

Цель: определить затраты энергии на перемещение жидкости через теплообменники и подбор насоса или вентилятора [2, с.76].

Уравнение для расчета гидравлического сопротивления трубного пространства имеет вид:

,

где λ – коэффициент трения;

L – длина теплообменных труб, L=3 м;

z – число ходов, z=2;

d_э – эквивалентный диаметр, d_э=0,012 мм;

ρ – плотность бензола, ρ=900 ;

ω_тр – скорость течения теплоносителя в трубах, ;

ω_шт – скорость движения жидкости в подводящем и отводящем штуцерах, .

При Re>15000 коэффициент трения можно рассчитать по обобщенному уравнению:

Re=12620, е – относительная шероховатость.

, Δ – абсолютная шероховатость стенок труб, м;

Для стальных (новых) труб принимаем Δ=0,2мм

Тогда

Скорость течения бензола в подводящем и отводящем штуцерах определяется по формуле:

, где d=100 мм – диаметр штуцера.

Скорость течения в трубах:

2578,5 Па.

Рассчитаем потерю давления на поднятие жидкости на высоту H=5 м:

Па,

Рассчитаем потерю давления в трубопроводе:

ΔР_труб=

ω =;

Коэффициенты сопротивления:

1) Вход жидкости из бака в трубопровод (труба с острыми краями) ξ=0,5

2) Выход из трубопровода в теплообменник ξ=0,5

3) 2 задвижки ξ=2·0,5=1

4) 4 отвода (при 90^о и , ξ₁=A·B=1·0,15=0,15) ξ=4·0,15=0,6

5) Потери на трение ξ==, гдеL-длина трубопровода.

ΔР_труб==

ΔР= ΔР_п.тр. + ΔР_труб= 2578,5 +6322,617+44100=53001,117 Па.

Расчет объемной производительности:

.

Расчет потребляемой мощности:

,

где η_н, η_пер, η_дв – соответственно коэффициенты полезного действия собственно насоса, передаточного механизма и электродвигателя(произведение данных коэффициентов принимаем=0,75)

При V=0,0065 , выбираем центробежный насос марки Х20/18 с электродвигателем марки АО2-31-2 .

Тогда

Расчет тепловой изоляции аппарата

Определение необходимой толщины слоя теплоизоляционного материала, покрывающего наружную поверхность теплообменника.

,

где δ_из – толщина тепловой изоляции;

λ_из – коэффициент теплопроводности материала изоляции;

α_н – коэффициент теплоотдачи в окружающую среду (воздух);

t_ст, t_окр, t_из – соответственно температуры наружной стенки аппарата, окружающей среды и наружной поверхности теплоизоляционного слоя.

Принимаем:

t_ст =94,91⁰ С;

t_окр =17 С;

t_из =40⁰ С.

Коэффициент теплоотдачи можно рассчитать по приближенному уравнению:

α_н =9,74+0,07∙Δt=9,74+0,07∙23=11.35 , где Δt= t_из - t_окр=40-17=23⁰ С.

В качестве изоляционного материала выбираем совелит (85% магнезии +15% асбеста, ), тогда