Рассчитать и запроектировать кожухотрубный конденсатор паров этилового спирта водой

 

F=9+182=191 м²

 

Как видно, выбранный конденсатор  подходит с запасом

 

 

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

 

Определяем скорость жидкости в  трубах

                                          (15)

Коэффициент трения

                                                                               (16)

е – относительная шероховатость  труб

- высота выступов шероховатости

Определяем скорость воды в штуцерах

В трубном пространстве следующие  местные сопротивления: вход в камеру и выход из неё, 3 поворота на 180, 4 входа и выхода из них.

                  (17)

 

4. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

 

Расчет трубной решетки.

 

Наиболее рационально по  плотности упаковки труб размещение их по вершинам равносторонних треугольников.  Размещение по вершинам квадратов удобнее при необходимости чистки межтрубного пространства. Шаг между трубами зависит от диаметра труб и способов их крепления. Крепление труб в трубных решетках осуществляется сваркой, пайкой или развальцовкой. Минимальный шаг между трубами рекомендуется принимать в соответствии со следующими данными:

→                                                                                  (18)

Выбираем тип крепления труб – развальцовкой.

При развальцовке должно выполняться  условие 

где:  , условие выполняется.

Толщины трубной решетки зависит  от ее конструкции и от конструктивной схемы аппарата. Наиболее распространенная конструкция - с неподвижными трубными решетками

Выбираем  III тип трубной решетки.

Высота трубной решетки при  изготовлении заодно с фланцем принимается  равной высоте фланца, т. е. h=52 мм ([6], стр. 544)

При развальцовке должно выполняться  условие:

                                                                               (19)

,

условие прочности выполняется                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

Число рядов труб, в диагонали  шестиугольника:

                                                                                                 (20)

Число труб в диагонали шестиугольника:

                                                     (21)

Штуцер для входа и  выхода воды:

Принимаем скорость перемещения воды по рекомендации w = 0,5 - 3 м/с. Массовый расход воды равен 39,3 кг/с. Плотность её равна 995,7 кг/м³ по таблице 56 ([1], стр. 548) при средней температуре. Тогда объемный расход воды будет равен:

 

м³/с.                                                                                (22)

 

Диаметр штуцера определяем по формуле:

 

;                                                   (23)

Штуцер для входа паров  этанола:

Принимаем скорость перемещения для  пара по рекомендации w = 20 м/с. Массовый расход водяного пара равен 4,17 кг/с.

Плотность пара равна  кг/м³, при t = 75,4 С. Тогда объемный расход пара будет равен:

 

м³/с.                                                                                   

 

Диаметр штуцера определяем по формуле:

 

;

 

Штуцер для отвода конденсата этанола:

Рекомендуемая скорость для жидкости w = 1 м/с. Плотность конденсата водяного пара равна 785,3 кг/м³. Тогда объемный расход будет равен

 

м³/с

Диаметр штуцера определяем по формуле:

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

5. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

 

Корпуса аппаратов чаще всего работают в условиях статистических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением.

 

Цилиндрические обечайки.

Расчет на прочность и устойчивость проводится по ГОСТ 14249-89

Расчет обечаек, нагруженных  внутренним избыточным давлением.

Толщину стенок определяют по формулам:

                                                                                                                 (24)

                                                                                                           (25)

где: давление в аппарате,

внутренний диметр,

расчетное значение толщины стенки, мм

допускаемое напряжение, МПа

Рабочая среда в теплообменнике: этиловый спирт

Марку стали выбирают в зависимости  от свойств среды. Для данных технологических условий предпочтительней всего использовать сталь Вст3сп – вполне стойкую в этой среде со скоростью коррозии

Прибавка на коррозию определяется по формуле

                                                                                                                    (26)

При отсутствии данных о проницаемости  рекомендуют принимать 

Мы следуем этой рекомендации  и принимаем  в расчете на то, что аппарат может прослужить дольше проектного срока.

допускаемое напряжение  находим  по табл. ([1] с. 394)

 сталь  Вст3сп имеет 

Аппарат выполнен автоматической сваркой  с коэффициент прочности сварного шва 

 тут он сказал так округлять  нельзя

 

 

 

 

Расчет днищ и крышек.

Эллиптическая  крышка рассчитываются по  формуле. 

где расчетное значение толщины стенки, мм

допускаемое напряжение, МПа

 

 

 Расчет фланцевого соединения

Фланцевые соединения применяют для  разъемного соединения составных частей корпусов и крышек. На фланцах присоединяют к аппаратам трубы, арматуру

Выбираем подходящий фланец

(Исполнение 1 - с гладкой уплотнительной  поверхностью.)  

Условное обозначение:  Фланец 1-800 – 0,5  ГОСТ 28759.2-90

 Диаметр отверстия под болтовое соединение

 Диаметр болта.

Материал для болта Сталь 3

Так как фланец исполнения 1 - с гладкой  уплотнительной поверхностью, то для  него выбирают прокладку по табл. .

 в  исполнении 1 – для фланцев  с гладкой уплотнительной поверхностью  по:

 

 

Условное обозначение:  Прокладка 1 - 800 – 06  ОСТ 26 – 430 - 79

Фланцы и прокладки, подобранные по стандартам, в расчете не нуждаются.

 

При конструировании аппаратов выполняют  проверочный расчёт болтов в соответствии с ОСТ 26-373-82

 Определяют нагрузку, действующую  на фланцевое соединение от  внутреннего давления 

                                                                                             (27)

где                                                     (28)

МН

 

Определяют болтовую нагрузку при  сборке. Это значение выбирают наибольшим из трёх

 

                                                                                              (29)

где для прокладок из паранита

МН

где число болтов

площадь поперечного сечения болта

                                                   (30)

 и  допускаемое напряжение для материала болта

при 20 ⁰С и рабочей температуре  берется из табл.

Для Стали 3 

МН

МН

 

 Проверяют прочность болтов  при монтаже но условию

 

                                                                                              (31)

где

Условие прочности при монтаже выполняется

 

 Проверяют прочность болтов  в период эксплуатации

Условие прочности в период эксплуатации выполняется

 

Выбор опоры.

 

Для  горизонтальных аппаратов  используют опоры- стойки  ([4] с. 673), которые выбираются по допускаемой нагрузке.

 

Определим вес аппарата:

 

определяем ориентировочно.                                (32)

кг ([1] с. 56) .

– масса жидкости в трубном  пространстве;                                                                                                       (33)

 

Задаются количеством опор. Их должно быть не менее двух, т.е

                                                            (34)

где количество опор.

 при 

 

По ОСТ 26-2091-93 Опоры горизонтальных сосудов и аппаратов выбираем стандартные опоры по условию 

По этому условию подходят опоры  тип 1 исполнение 2 с нагрузкой до

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Произведен выбор типа аппарата, в качестве аппарата выбран кожухотрубный теплообменный аппарат с неподвижными трубными решетками.

Произведен технологический расчет аппарата, в результате расчетов выбираем кожухотрубчатый двухходовой теплообменник в горизонтальном исполнении внутренним диаметром кожуха , длиной труб, поверхность теплообмена , , 2 - ходовой теплообменник теплообменник. Данный теплообменник по расчету поверхности передачи имеет запас 8% .

Также проведен расчет и выбор основных конструктивных параметров (штуцера, люки), проведен гидравлический и механический расчет основных элементов аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Пособие по проектированию "Основные ПАХТ" под ред. Ю.И.Дытнерского, 2-е издание, переработанное и дополненное; М.: Химия,1991. - 496 с.
2. К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков "Примеры и задачи по курсу ПАХТ"  Учебное пособие для ВУЗов / Под ред. чл. – корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 9-е издание, перераб. и доп. – Л.: Химия, 1981. – 560 с.
3. А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский "Основы расчета и конструирования химической аппаратуры" М.: Физматгиз,1970 .- 725с.
4. М.Ф.Михалев "Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств" Л.: Машиностроение, 1984 . - 301 с.
5. А.С.Тимонин "Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования" Том 1, 2002 .
6. А.А. Лащинский "Конструирование сварных химических апаратов", 1982