Ім'я файлу: 123.docx
Розширення: docx
Розмір: 1017кб.
Дата: 30.05.2020
скачати
Пов'язані файли:
Лекція. Використання змінного магнітного поля в медицині.pdf
Сузір`я Оріона.doc
60175.doc
11.docx
Локальні комп`ютерні мережі.doc
урок мистецтво.docx
d0b7d0b0d0b2d0b4d0b0d0bdd0bdd18f-d196-d0b5d182d0b0d0bfd183-d0b2d
— К, випарники — И, теплообмінники — Т, холодильники — X. Друга буква умовного позначення показує наявність конструкційних пристроїв для компенсації температурних деформацій: ТН — теплообмінник з нерухомими трубними гратами; ТП — теплообмінник з плаваючою головкою; ХК — холодильник з температурним компенсатором на кожусі; ИУ — випарник з U-образними трубками.Розширення: docx
Розмір: 1017кб.
Дата: 30.05.2020
скачати
Пов'язані файли:
Лекція. Використання змінного магнітного поля в медицині.pdf
Сузір`я Оріона.doc
60175.doc
11.docx
Локальні комп`ютерні мережі.doc
урок мистецтво.docx
d0b7d0b0d0b2d0b4d0b0d0bdd0bdd18f-d196-d0b5d182d0b0d0bfd183-d0b2d
При виборі і створенні теплообмінної апаратури необхідно враховувати такі важливі чинники, як теплове навантаження апарату, температурні умови процесу, физико-хімічні параметри робочих середовищ, умови теплообміну, характер гідравлічних опорів, вид матеріалу і його корозійну стійкість, простота пристрою та компактність, розміщення апарату, взаємний напрямок руху робочих серед, можливість очистки поверхні теплообміну від забруднень, витрати металу на одиницю відданої теплоти та інші техніко-економічні показники.
Економічне використовування якісних матеріалів, високий рівень технології виготовлення і повне використовування всіх досягнень теплопередачі дають можливість вибору і створення раціональних теплообмінних апаратів, що задовольняють всім перерахованим вимогам.
Хімічні продукти в тій чи іншій мірі завжди викликають корозію матеріалу апарату, тому для виготовлення їх застосовуються різні метали (залізо, чавун, алюміній) і їх сплави. Найбільше застосування знаходять сталі. Завдяки здатності змінювати свої властивості залежно від складу, можливості термічної і механічної обробки сталі з низьким змістом вуглецю добре штампуються, але погано обробляються різанням. Добавки інших металів — легуючих елементів — покращують якість сталей і додають їм особливі властивості (наприклад, хром покращує механічні властивості, зносостійкість і корозійну стійкість; нікель підвищує міцність, пластичність; кремній збільшує жаростійкість).
Легуючі елементи позначаються буквами: X — хром, Н — нікель, М — молібден, Г — марганець, С— кремній, Т — титан, Д — мідь, Ю — алюміній і т.і. Наприклад, сталь марки Х18Н12М2Т містить (в %): вуглецю — менше 0,1; хрому — 18; нікелю — 12; молібдену — 2; титана — менше 1.
Сталі звичайної якості (наприклад, Ст3) застосовують для виготовлення апаратів, що працюють під надмірним тиском до 6 МПа при температурах від мінус 30 °С до плюс 425 °С. Для більш жорстких умов застосовують вуглецеві сталі поліпшеної якості — марок 15К і 20К.
Для підвищення термостійкості і міцності застосовують низколегированные сталі 10Г2С1, 16ГС, ЗОХ, 40Х, що дозволяє використовувати апарати при температурах від мінус 70°С до плюс 550 °С.
Для підвищення кислотостійкості і жароміцності апаратів їх виготовляють з хромоникелевых сталей марок Х18Н10Т, Х18Н9Т.
Для дуже агресивних середовищ застосовуються високолеговані сталі, наприклад 0Х23Н28МЗДЗТ.
При виробництві теплообмінних апаратів корпусу їх виконуються із сталевих листів (переважно товщиною більше 4 мм), що виготовляються гарячим плющенням.
Кожухотрубні теплообмінники застосовуються як рідинні і газові підігрівачі, конденсатори і випарники. Вони працюють при умовному тиску до 6,4 МПа і температурах від мінус 30 °С до плюс 450 °С.
Кожухотрубні теплообмінні апарати загального призначення виготовляють з вуглецевої або неіржавіючої сталі з площею поверхні теплообміну від 1 до 2000 м2.
Кожухотрубні теплообмінники із зовнішнім діаметром кожуха 159—426 мм виготовляють із стандартних труб. Кожухи теплообмінників діаметром понад 400 мм виготовляють зварними з листового прокату вуглецевої або неіржавіючої сталі.
Кожухотрубні теплообмінники з U- образними трубами застосовують для теплообміну при температурах від мінус 30 °С до плюс 450 °С і тиску в межах 1,6—6,4 МПа. Стандартні теплообмінники виготовляють з діаметром кожуха від 325 до 400 мм. Кожух і розподільна камера можуть бути виготовлені із сталі ВМСтЗСн або 16ГС, теплообмінні труби — із сталі 20, в конденсаторах — із сплаву АМг2М.
При температурах теплоносія вище 400°С застосовують леговані марки сталі. Труби для теплообмінників вибирають, виходячи з агресивності теплоносіїв. Для стандартних теплообмінників застосовують труби з вуглецевої сталі 10 і 20, коррозійностійкої сталі 0Х18Н10Т і латуні ЛОМ 70-1-0,06. Для конденсаторів застосовують труби з латуні ЛАМш 77-2-0,06. При використовуванні агресивних теплоносіїв приймають труби із сталі Х5М, а трубні грати виготовляють із сталі 16ГС плі двошарової сталі 16ГС+ Х18Н10Т.
Кожухотрубні теплообмінники зі всіх видів теплообмінників найпростіші по конструкції, прості в експлуатації і володіють невисокою ціною, тому даний вид теплообмінників має найбільше застосування по відношенню до інших видів.
Техніка безпеки при обслуговуванні обладнання
В основі всіх заходів по забезпеченню безпеки і поліпшенню умов праці лежить прагнення попереджати аварії, травми, професійні захворювання, отруєння. Ці заходи проводяться починаючи із стадією проектування хімічних підприємств.
Заводські комплекси розташовують по відношенню до житлових кварталів з урахуванням так званої троянди вітрів так, щоб переважаючі вітри відносили газоподібні викиди убік від житлових селищ. Цехи розміщують на заводській території так, щоб будівлі могли добре провітрюватися, одержували достатню кількість природного світла і до кожного з них був забезпечений під'їзд пожежних машин на випадок пожежі. В деяких випадках організовуються спеціальний забір чистого повітря і його підвід до окремих цехів. Нормальну температуру в приміщенні підтримують опалювальні пристрої, обладнані в цехах з урахуванням тепловиділень від апаратів. В деяких виробництвах особливо чистих продуктів застосовують кондиціонування повітря: його заздалегідь очищають, нагрівають взимку і охолоджують влітку, завдяки чому створюються найсприятливіші умови для обслуговуючого персоналу.
При виділенні шкідливої і небезпечної пари, газів і пилу в цехах влаштовують системи витяжної вентиляції, що забезпечують видалення шкідливих речовин від робочих місць.
Залежно від складності виконуваних робіт робочі місця одержують відповідне освітлення: вдень — природне, в темний час доби — штучне за допомогою люмінесцентних ламп або ламп розжарювання, розташованих в світильниках. У вибухонебезпечних цехах влаштовують спеціальне освітлення, а всі електродвигуни застосовують у вибухобезпечному виконанні. Ці приміщення обладновуються протипожежною сигналізацією.
Залежно від ступеня вибухо - і пожежонебезпечності речовин, визначуваних відповідними категоріями, що переробляються, всі виробничі цехи забезпечуються засобами пожежогасіння: пінними вогнегасниками, які разом з вуглекислим газом викидають піну, сприяючу збиттю вогню з полум'я; сухими вогнегасниками, що використовуються при загорянні хімічних продуктів і електропроводки, кошмами і ін. Всі виробничі приміщення обладнується протипожежним водопроводом, що забезпечує за допомогою рукавів подачу води для ліквідації загоряння в будь-якій точці виробничого приміщення. В особливо небезпечних в пожежному відношенні цехах влаштовують так звану спринклерну систему пожежогасінні, при якій у разі загоряння і нагріву спеціальних пристроїв з системи водоподачі автоматично поступає вода для локалізації вогнища.
Особливу небезпеку уявляють судини із стислими газами: у разі порушення міцності оболонки вся накопичена в них значна енергія практично миттєво виділяється, викликаючи великі руйнування. Тому для безпечної роботи апаратури встановлені строгі норми контролю і перевірки всіх судин, що працюють під тиском, згідно правилам Держміськтехнагляду України. В регламентовані терміни їх піддають ретельному огляду, випробуванням і огляду. Балони із стислими газами також проходять періодичні огляди і випробування по місцю їх заповнення.
Щоб уникнути помилок при використовуванні і заповненні балонів різними газами їх офарблюють в певний колір: балони з киснем — в синій, з ацетиленом — в білий, з азотом — в чорний і т.д. Приєднувальні пристрої також робляться в спеціальному виконанні, що виключає можливість їх неправильного застосування.
При виготовленні і експлуатації електротехнічних пристроїв вживаються всіх можливих заходів проти поразки людини електричним струмом. Систематично перевіряється якість електричної ізоляції електродвигунів, трансформаторів і інших електричних пристроїв. Всі електричні пристрої, живлені промисловим змінним струмом 220 або 380 В, обов'язково заземляються, з тим щоб при порушенні ізоляції і можливому дотику до них обслуговуючого персоналу витік струму відбувався в сіть заземлення, не вражаючи людини. При експлуатації електротехнічних пристроїв особливо жорсткі вимоги пред'являються до високовольтних установок, зокрема до електрофільтрів, що працюють під напругою в десятки кіловольтів і представляючи смертельну небезпеку у разі дотику до їх струмових частин. Застосовуються блокуючі пристрої, що виключають можливість дотику до струмопровідних частин, що знаходяться під високою напругою. Застосовуючи переносні лампи при ремонтних і аварійних роботах, користуються тільки спеціальними знижувальними трансформаторами, що знижують напругу до безпечних 36 В.
При проведенні ремонтних і відновних робіт у вужі діючій апаратурі особливу увагу надають ретельному її очищенню і попередньому провітрюванню. Внутрішній доступ в апарати, огляд, ремонтні роботи дозволені після повного очищення апаратури від хімічних продуктів, її ретельного провітрювання і лише за узгодженням з майстром або начальником цеху. Недотримання цих вимог може стати причиною нещасного випадку, навіть із смертельним результатом.
Всю виробничу апаратуру і установки піддають періодичному огляду і ремонтам. Ремонтні роботи підрозділяють на два вигляд. Одні з них проводяться при експлуатації апаратури з короткими зупинками для набивання сальників, зміни прокладок у фланцях трубопроводів, заливки змащувальних масел в механізми. Другий вигляд: ремонтні роботи, що проводяться по планах, розробленим заводом; середні, звичайно щорічні, ремонти, пов'язані із зміною підшипників на деталях, що обертаються, заміною робочих плит щічних млинів, куль в кульових млинах і т.д. Після закінчення певних термінів експлуатації, встановлюваних для кожного виду устаткування, проводять капітальні ремонти: замінюють кислототривкі футеровки апаратів, перекладають пічні агрегати, замінюють зношені приводи, редуктори і ін. Подібного роду середні і капітальні ремонти: пов'язані з тривалою зупинкою діючого устаткування, а отже, з припиненням випуску продукції, тому їх проводять по планах і в терміни, затверджені керівництвом підприємства.
До метеорологічних умов виробничого приміщення відносяться температура і чистота повітря, його вогкість і швидкість руху. Вони роблять великий вплив на здоров'я, самопочуття і працездатність трудящих. Для усунення або зменшення несприятливих дій метеорологічних чинників здійснюється ряд технічних і гігієнічних заходів.
Підтримка постійної температури приміщення досягається раціональним розміщенням джерел великих тепловиділень. Наприклад, печі встановлюють в окремих приміщеннях або розташовують в один ряд, щоб ослабити дію теплоти на працюючих і полегшити відведення теплоти з приміщення. Там, де це можливо, тепловиділяюче устаткування — печі пиролиза, трубчасті печі і ін. — розміщують на відкритих майданчиках.
Велике значення для захисту працюючих від надмірних тепловиділень має механізація виробничих операцій. Пристрій завантажувальних пристосувань, печей і пристосувань для вивантаження гарячих відходів — шлаків, огарків — дає можливість вивести робітників із зон високих температур і полегшити їх працю. Обмежують виділення теплоти від печей, апаратів і трубопроводів за допомогою ізоляції. Згідно санітарним нормам, температура зовнішніх поверхонь апаратів і гарячих трубопроводів в зоні робочих місць не повинна перевищувати 45° С. Там, де цього досягти неможливо, застосовують екрани з жерсті, азбесту і інших матеріалів.
Деталі апаратів і машин, що рухаються, представляють велику небезпеку для обслуговуючого персоналу. Тому всі вали, шестерні, маховики, муфти і інші деталі, що рухаються, що обертаються, в місцях, небезпечних для персоналу, обов'язково забезпечуються захисними пристроями, перешкоджаючими захопленню частин тіла і одягу працюючих. В особливо небезпечних місцях: на пресах, валяннях, каландрах і ін. — влаштовують спеціальні блокуючи пристосування, що зупиняють механізм при попаданні в нього сторонніх предметів. Експлуатація будь-яких пристроїв, не обладнаних захисними пристосуваннями, категорично забороняється.
До числа найважливіших заходів, направлених на створення нормальних метеорологічних умов, відноситься пристрій вентиляції. За допомогою вентиляції забруднене повітря віддаляється з виробничого приміщення і одночасно в приміщення подається свіже, більш прохолодне повітря.
Існуюче законодавство і всі захисні заходи, що проводяться, не будуть дієвим повною мірою, якщо працюючі порушують виробничі інструкції і правила поведінки в умовах виробництва. Необхідно строго дотримувати всі діючі розпорядження по техніці безпеки і у разі потреби користуватися індивідуальними захисними пристосуваннями.
Для захисту органів дихання застосовують противогази і респіратори. Противогази служать для захисту від шкідливої пари і газів, респіратори призначені головним чином для захисту від пилу. За принципом дії противогази діляться на фільтруючі і ізолюючі. У фільтруючих противогазах вдихаєме повітря очищається від що знаходяться в ньому шкідливих домішок різними поглиначами — адсорбентами. Ізолюючі противогази захищають органи дихання людини від повітряного середовища, в якому містяться шкідливі для здоров'я речовини.
Відповідальним етапом є підбір маски противогаза. Заздалегідь виміряють об'єм голови. Маска, що приганяє точно по обличчю, не пропускає забрудненого повітря.
Респіратори застосовують при роботі з матеріалом, що порошить, в тих випадках, коли неможливо запобігти пиловиділення технічними засобами. Дія пилового респіратора заснована на тому, що частинки пилу затримуються порами фільтру, якщо їх величина перевищує розміри пір, а більш дрібні частинки осідають на стінках каналів фільтру. Фільтрами служать марля, складена в декілька шарів, вата, штучні волокна. Найпростіший респіратор — пов'язка з марлі і вати.
При виконанні деяких робіт необхідний захист органів зору працюючих. Очі можуть бути пошкоджений відлітаючими частинками твердих тіл — стружкою, окалиною, шматочками металу, бризками їдких рідин, а також в результаті дії променистої енергії при зварці.
Основними засобами захисту очей є індивідуальні захисні пристосування — окуляри і щитки. Окуляри відкритого типу зручні тим, що мають широке поле зору і не потіють, але вони захищають очі тільки від дрібних осколків, що летять спереду. В тих випадках, коли необхідно захистити очі від осколків пилу і бризок рідин, що летять з усіх боків, застосовують окуляри закритого типу з щільно прилеглою до особи оправою з металу, шкіри або пластмаси. Вони надійно захищають очі, але зменшують поле зору і потіють. В інструкціях по техніці безпеки указується, який саме тип окулярів необхідно застосовувати на даному робочому місці.
В тому випадку, якщо бризки кислоти, лугу або інших їдких рідин все ж таки потрапили в очі, їх необхідно дуже швидко, протягом декількох секунд, змити рясним струменем води. На ділянках роботи з агресивними речовинами встановлюють очні гідранти, пристрій яких дозволяє потерпілому надати собі допомогу і при закритих очах.
Чужорідні тіла не можна видаляти самостійно; при пораненні ока необхідно швидко накласти стерильну пов'язку і доставити потерпілого в здоровпункт.
При електро - і газозварних роботах виділяються невидиме ультрафіолетове проміння і видиме проміння великої яскравості, яке надає шкідливу дію на очі. В цих випадках зварювачі користуються окулярами або щитками з темними стеклами. При проведенні зварювальних робіт іншому обслуговуючому персоналу, не забезпеченому засобами захисту, категорично забороняється безпосереднє спостереження за проведенням цих робіт щоб уникнути пошкодження органів зору.
Залежно від характеру виконуваних робіт застосовується різний спецодяг. Робітники кислотних і гарячих цехів одержують суконний одяг, що оберігає від опіків і теплового випромінювання. На менш шкідливих ділянках роботи видаються халати з бавовняного матеріалу або синтетичних тканин. Терміни заміни спецодягу визначені відповідними інструкціями. Організм людини володіє здатністю терморегуляції, тобто може підтримувати власну температуру на постійному рівні. Проте при дуже високих температурах зовнішнього середовища (35—40° С) і важкій фізичній роботі організм може перегрітися: температура тіла підвищується до 42° С, відбувається тепловий удар, і людина: втрачає свідомість.
При перегріві терморегуляція організму здійснюється за допомогою виділення поту. Випаровуючись з поверхні тіла, піт віднімає теплоту і тим самим сприяє підтримці температури тіла на нормальному рівні. При великій вогкості зовнішнього повітря випаровування поту зменшується і тепловіддача організму також стає меншою, що приводить до його перегріву.
У працюючих на холоді можуть виникнути явища переохолодження, також знижуючі працездатність і ослабляючі захисну дію організму. В цьому випадку людина стає більш сприйнятливою до інфекційних захворювань.
При великих швидкостях руху повітряних потоків в приміщенні створюються протяги, несприятливо діючі на організм. Встановлено, що людина відчуває себе добре і найбільш працездатний при температурі навколишнього середовища в межах 12—24° С (залежно від виконуваної роботи), відносної вогкості повітря 40—60% і швидкості руху повітря до 1,5 м/с.
Окрім користування всіма необхідними засобами захисту від шкідливих дій працюючі на хімічних підприємствах повинні дотримувати правила особистої гігієни, містити одяг в чистоті, підтримувати правильний режим праці і відпочинку.
Кожний працюючий повинен вміти надати першу допомогу потерпілому при кровотечі, ударах, переломах, опіках, поразці електричним струмом до прибуття лікаря або відправки потерпілого в медичний заклад. При пошкодженні кінцівок і сильній кровотечі слід накласти джгут з тканини або гумової трубки і затиснути артерію, щоб припинити втрату крові. Рану перев'язують бинтом з індивідуального пакету аптечки. При падінні і сильних ударах потерпілому надають повний спокій до прибуття лікаря. У разі поразки струмом необхідно в першу чергу, користуючись матеріалами, не провідними струм, звільнити потерпілого від джерела струму (дроти, шини, клеми), а при втраті свідомості робити штучне дихання будь-яким способом. Про всі нещасні випадки слід негайно повідомити адміністрації підприємства [10].
2. Розрахункова частина
2.1 Матеріальний баланс
Таблиця 1 – Вихідні данні
| № | Найменування | Позначення | Одини-ці виміру | Числове значення | Література |
| 1 | Витрата NaNO3 | G | кг/г | 9360 | [дано] |
| | Температура NaNO3: | | | | |
| 2 | - початкова | t2н | °С | 26 | [дано] |
| 3 | - кінцева | t2к | °С | 101 | [дано] |
| | Водяна пара | | | | |
| 4 | Тиск | Р | МПа | 0,45 | [дано] |
| 5 | Температура конденсации: | t1 | °С | 137,9 | [дано] |
| | Середня температура: | | | | |
| 6 | бензолу  | t2ср. | °С | 63,5 | [розрахунок] |
| | Фізико-хімічні характеристики NaNO3 при середній температурі t2ср. =63,5°С: | | | | |
| 7 | - щільність | ρ2 | кг/м3 | 2260 | [2] |
| 8 | - в'язкість | µ2 | Па·с | 0,54·10-3 | [2] |
| 9 | - теплоємність | С2 | Дж/кг гр. | 3900 | [1] |
| 10 | - теплопровідність | λ2 | Вт/м гр. | 0,621 | [1] |
| | Фізико-хімічні характеристики конденсата при температурі t1. =137,9°С: | | | | |
| 11 | - щільність | ρ1 | кг/м3 | 927,89 | [2] |
| 12 | - в'язкість | µ1 | Па·с | 0,261·10-3 | [2] |
| 13 | - теплоємність | С1 | Дж/кг К | 4400 | [2] |
| 14 | - теплопровідність | λ1 | Вт/м К. | 0,6852 | [2] |
| 15 | - питома теплота паротворення | r1 | кДж/кг | 137,956 | [2] |
Розрахунок
Теплове навантаження апарата визначаємо за формулою:
Q=G2·C2·(t2к- t2н), (2.1)
де Q - кількість теплоти, віддана гарячим теплоносієм, Вт
Q =
ВтВитрата пари визначаємо з рівняння теплового балансу [3 (5.9)]:
Q=G1·r·x→
(2.2)G1=
= 0,35 кг/сВизначаємо середню різницю температур при противоточному русі теплоносіїв:
1
37,9 °С 137,9 °С 
>22
6°С 101 °С____________________________
=111,9°С 
=36,9°СЯкщо відношення
>2, тоді середній температурний напір визначається як середня логарифмічна величина [3]
(2.3)∆tср =
= 67,66 оСНа підставі практичних даних приймаємо орієнтоване значення коефіцієнта теплопередачі Кор.=1000 Вт/(м2·К). Тоді орієнтоване значення необхідної поверхні теплообміну найдемо за формулою 2.4:
(2.4)F =
= 11,24Приймаємо по [3] до установки одноходовий кожухотрубний теплообмінник типу ТН із наступними характеристиками:
- площа поверхні 11,5 м2;
- діаметр корпуса 273 мм;
- діаметр труб 20х2мм;
- довжина труб 3 м;
- число труб 61;
- число сегментних перегородок 8 [4];
- число труб по діагоналі шестикутника 5.
Площа прохідного перетину одного хода по трубам fтр =0,012
Площа прохідного перетину в міжтрубному просторі fмтр =0,007.
Визначаємо режим руху теплоносія в трубах.
Для розрахунку підігрівача, NaNO3 направляємо в трубний простір, а пар - у міжтрубний.
Швидкість NaNO3 в трубному просторі:
(2.5)ω =
= 0,096 м/сВизначаємо критерій Рейнольда за формулою:
(2.6)
=20-2·2=16мм = 0,016 мRe=
= 4821,3Отже, режим руху NaNO3 - турбулентний.
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі для NaNO3 за формулою[3(5.27)].
(2.7)де λ - коефіцієнт теплопровідності бензолу
l – геометричний розмір, м;
Nu – критерій Нусельта
(2.8)де ε – поправний коефіцієнт враховуючий вплив на коефіцієнт
тепловіддачі відношення довжини труб к діаметр труб.
При
≥ 50, ε = 1.Критерій Прандтля для NaNO3 при
визначаємо за формулою [1]:
(2.9)де μ – динамічний коефіцієнт в'язкість NaNO3;
С – теплоємність NaNO3.
Pr =
= 3,39
приймаємоТоді коефіцієнт тепловіддачі:
α2 =
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі пара що конденсує за формулою.
(2.10)де
- щільність пари при температурі конденсації, кг/м3;μ – динамічний коефіцієнт в'язкість пари при
температурі конденсації;
l – довжина труб, м;
n – число труб, кіл;
G – витрата конденсату, кг/с;
- коефіцієнт, що залежить від числа труб у вертикальному ряді
= 0,7 тому що n < 100
- коефіцієнт теплопровідності пари при температурі конденсації, Вт/мК.α1 = 2,02∙0,7∙0,6852
= 8179,42 Вт/м2·0СКоефіцієнт теплопередачі визначаємо за формулою [3 (5.137,9)]:
(2.11)де α2 – коефіцієнт тепловіддачі для NaNO3,
;α1 – коефіцієнт тепловіддачі для що конденсує пар,
;
- термічний опір стінки, 
;
- термічний опір забруднень з боку теплоносіїв, 
, (2.12)де r1 - термічне забруднення з боку NaNO3 (1/5800
) [3];r2 - термічне забруднення з боку пара(1/2500
) [3];λст – коефіцієнт теплопровідності нержавіючої сталі
(λст = 17,5
);Δст – товщина стінки (δст = 0,002 м).
К =
= 321,95 Вт/м2·0СПоверхня теплообміну визначаємо за формулою [3]:
, (2.13)де Q - теплове навантаження теплообмінного апарата
(Q = 760500,0 Вт);
К - коефіцієнт теплопередачі (К = 321,95
);
- середній температурний напір ( = 67,66 оС)F =
= 34,21 м2Приймаємо по [3] до установки три одноходових кожухотрубних теплообмінників типу ТН із наступними характеристиками:
- площа поверхні 11,5 м2;
- діаметр корпуса 273 мм;
- діаметр труб 20х2мм;
- довжина труб 3 м;
- число труб 61;
- число сегментних перегородок 8 [3];
- число труб по діагоналі шестикутника 5.
Площа прохідного перетину одного хода по трубам fтр =0,012
Площа прохідного перетину в міжтрубному просторі fмтр =0,007
Схема з'єднання теплообмінників - послідовна [3].
Запас площі поверхні теплообміну:
= 0,85%.Число ходів у міжтрубном просторі:
Z = 8 + 1 = 9
Площа перетину одного ходу міжтрубного простору: [3]:
(2.14)де: L - довжина труби, м;
Z - число ходів у міжтрубном просторі;
в - число труб по діагоналі шестикутника
f =
= 0,058 м2Швидкість руху пара що конденсує в міжтрубному просторі:
ωв =
= 0,0065 м/сКритерій Рейнольдса визначаємо за формулою [3 (3.26)]:
, (2.15)де
- швидкість пара що конденсує в міжтрубном просторі, м/с; - еквівалентний діаметр міжтрубного простору, м;
- щільність пара, кг/м3;
- в'язкість пара, Пас.
(2.16)dэ = 0,0505 м
Re =
= 1166,972.2 Конструктивний розрахунок
Таблиця 2 – Вихідні данні
| № | Найменування | Позначення | Числове значення | Одиниці виміру | Література |
| 1 | Крок розбивки труб | t | 25,6 | мм | |
| 2 | Зовнішній діаметр труб | dн | 20 | мм | [3] |
| 3 | Число труб | n | 61 | шт. | [3] |
| 4 | Діаметр кожуха внутрішній | Дк | 273 | мм | [3] |
t=dнар·1,28 мм (2.17)
де t - крок розбивки труб, мм;
dнар – зовнішній діаметр труб, мм.
t=20·1,28 = 25,6 мм
Відношення кроку між трубами до зовнішнього діаметра труб:
(2.18)β =
= 1,28Кут, утворений центральними лініями трубних рядів при розміщенні труб по вершинах рівносторонніх трикутників (за правилами шестикутників) α =60°.
Коефіцієнт заповнення трубної плити:
, (2.19)де n - число труб, шт.
0,866 = sіn60°
d - діаметр кожуха, м;
t - крок труб, м
φ
Ступінь заповнення перетину трубами в подовжньому потоці визначаємо за формулою [3]:
, (2.20)де
- відношення кроку між трубами t до зовнішнього діаметратруб;
π - постійна величина, 3,14;
- коефіцієнт заповнення трубної плити;
- 60° - кут при вершині рівностороннього трикутника.χпр =
Проводимо необхідні розрахунки для визначення ширини перегородки [3]:
(2.21)де
- витрата пара, м/с; - щільність пара, кг/м3;
- внутрішній діаметр корпуса, м;
- центральний кут сегмента перегородки, град.;
- повна площа перетину апарата, м2
0,0058 = 0,00011
- 0,00623
-56,64 =52,73Методом приближень визначаємо кут
:| | sin | 52.73*sin | - 56.64*sin |
| 90 100 110 120 | 1 0.98 0.94 0.87 | 57.32 56.18 53.89 49.87 | 32.68 43.82 56.11 70.13 |
Таким чином, центральний кут сегмента перегородки
=82°.
= 
= 41˚Ширина перегородки визначається як
b=r+r·cos(γ/2) (2.22)
r =
= 0,1365cos
= cos 41˚= 0,7547 = (b – 0,1365)/0,1365b=0,7547·0,1365+0,1365=0,28
Згідно розрахунку вибиваємо горизонтальний кожухотрубний підігрівач з наступною характеристикою: площа поверхні теплообміну 11,5 м2; діаметр корпусу 273 мм; діаметр труб 20x2 мм; довжина труб 3 м; число труб 61; число сегментних перегородок 8; число труб по діагоналі шестикутника 5.
2.3 Розрахунок та вибір діаметрів штуцерів
Таблиця 4 - вихідні дані
| Найменування | Літерне позначення | Число | Розмірність | Джерело |
| В'язкість NaNO3 | μ | 0,54·10-3 | Па*с | [3] |
| Еквівалентний діаметр міжтрубного простору | dэ | 0,0505 | м | [теп. розр] |
| Щільність NaNO3 | ρ2 | 2260 | кг/м3 | [3] |
| Щільність пара | ρ1 | 927,89 | кг/м3 | [3] |
| Витрата пара | G1 | 0,35 | кг/с | [теп.розр] |
| Витрата NaNO3 | G2 | 2,6 | кг/с | [вих. дані] |
| Швидкість NaNO3 | W2 | 0,053 | м/с | |
Розрахунок ведеться згідно джерелу [1].
Схема з'єднання теплообмінників - послідовна, секційна. Швидкість руху робочих середовищ в патрубках (штуцерах) по можливості повинна співпадати з робочою швидкістю середовища в апараті, встановленою в розрахунку. Тому швидкість води в патрубках, що сполучають міжтрубні простори теплообмінників, а також NaNO3, що рухається з апарату в апарат по з’єднувальним їх колінах, приймаємо приблизно рівною швидкості руху цих середовищ в теплообміннику.
Визначаємо швидкість руху NaNO3 по трубах теплообмінника:
(2.23)де μ1 - в'язкість NaNO3, Па/с
dэ - еквівалентний діаметр міжтрубного простору, м;
р2- щільність NaNO3, кг/м3;
Rе - критерій Рейнольдса для NaNO3, Rе=11320
Wб =
= 0,053 м/сШвидкість пара в міжтрубному просторі Wп=35м/с
Діаметр патрубків (штуцерів) визначається за формулою:
d=
(2.24)де G2- витрата пара, кг/с;
G1 - витрата NaNO3 у трубному просторі, кг/с.
dб= 1,13
= 0,093 мdп = 1,13
= 0,154 мТруби для виготовлення патрубків і колін діаметром:
для пара – 108x4 мм, для NaNO3 159x6 мм [6].
2.4 Гідравлічний розрахунок
Таблиця 5 - Вихідні дані
| Найменування | Літерне позначення | Число | Розмірність | Джерело |
| Площа поверхні тепловіддачі | F | 34,21 | м2 | [Теп. розр.] |
| Коефіцієнт місцевого опору міжтрубного простору | ξмтр | 1 | | [1] |
| Коефіцієнт місцевого опору трубного простору | ξтр | 1,5 | | [1] |
| Діаметр кожуха | dk | 273 | мм | [1] |
| Щільність NaNO3 | ρ2 | 2260 | кг/м3 | [3] |
| Щільність пара | ρ1 | 927,89 | кг/м3 | [3] |
| Швидкість руху теплоносія в трубному просторі | wтр | 0,053 | м/с | [розр.діам. штуц.] |
| Швидкість руху теплоносія в міжтрубному просторі | wмтр | 0,0065 | м/с | [Теп. розр.] |
Розрахунок ведеться згідно джерела [1].
Метою гідравлічного розрахунку є визначення величини втрати тиску теплоносіїв при їх русі через теплообмінні апарати. Втрата тиску Δр при проходженні теплоносіїв через труби і в міжтрубному просторі теплообмінника складається з втрат на опір тертю і на місцеві опори, а також залежить від конструкції апарату. Гідравлічний опір трубного простору:
(2.25)де λтР- коефіцієнт тертя трубного простору, Вт/(м*к);
L- довжина теплообмінних труб, м;
dэ- діаметр еквівалентний трубного простору, м;
ξ- коефіцієнт місцевого опору трубного простору;
p- густина NaNO3, кг/м;
w- швидкість руху теплоносія у вузькому перетині потоку, м/с.
Коефіцієнт тертя трубного простору:
λтр=0,3165/Re0,25 (2.26)
де Rе- критерій Рейнольдса;
0,3165- коефіцієнт, залежний від форми перетину трубопроводів.
λтр=0,3165/113200,25=0,0307 Bт/(м2*К)
∆pтр =
= 15,35 ПаГідравлічний опір міжтрубного простору:
(2.27)де λтР- коефіцієнт тертя трубного простору, Вт/(м*к);
L- довжина теплообмінних труб, м;
dэ- діаметр еквівалентний трубного простору, м;
ξ- коефіцієнт місцевого опору міжтрубного простору;
p- густина NaNO3, кг/м;
w- швидкість руху теплоносія у вузькому перетині потоку, м/с.
Коефіцієнт тертя міжтрубного простору:
λмтр=0,3165/1166,970,25=0,054
∆pмтр =
= 0,72 ПаЗагальний гідравлічний опір:
ΔP= ΔPтр+ΔPмтр (2.28)
Δp= 15,35 + 0,72 ≈ 16,07 Па
Список літератури
1. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической промышленности. - Г.: Химия, 1967 – 847 с.
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической промышленности. - Л.: Химия, 1987 – 567с.
3. Иоффе И.Л. Проектирования процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991- 352с.
4.Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Помощь на проектирование. - Г.: Химия, 1983 – 272 с.
5.Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов - Л.: Машиностроение, 1981.
6.Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок. Учебное пособие для техникумов. - Г.: Высшая школа, 1970.
7.Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И.Дытнерского – М., Химия, 1991 – 496 с.
8.Плановский А.Н. Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учебник – М., Химия, 1987 – 496с.
9.Романков П.Г., Курочкина М.И., Мозжерин Ю.Я. Процессы и аппараты химической промышленности – Л., Химия, 1989 – 560 с.
1 2