Теплообменные аппараты

 

 

                                         *                                                                    (22)

где n – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки

      *  -  нормативно допускаемое напряжение, МПа

Допускаемое напряжение из условия испытания , МПа определим по формуле

                                                                                                              (23)

где   m20   - минимальное значение предела текучести при температуре  20 0С, МПа.

 

Таблица 9 – Предел текущей стали

Температура t, 0С	Марка стали				Температура t, 0С	Марка стали
	ВСт3	10	20 20К	09Г2С 16ГС		ВСт3	10	20 20К	09Г2С 16ГС
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
20	210	195	220	280	350	147	132	159	185
100	201	188	213	240	375	140	123	147	174
150	197	183	209	231	400	-	-	-	158
200	189	177	204	222	410	-	-	-	156
250	180	168	198	218	420	-	-	-	138
300	162	150	179	201

3.4 Определение пробного давления испытания согласно [2, с.9]

                                                                                                   (24)

где   Pp  - расчётное давление, МПа

 

3.5 Определение прибавки к расчётной толщине стенки

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии определяли согласно по формуле

                                                                                                            (25)

где    Сэ   - прибавка для компенсации эрозии;

          П   - проницаемость среды в материале ( скорость коррозии)

          - срок службы аппарата.

 

3.6 Расчёт на прочность цилиндрической обечайки

Расчётная толщина стенки цилиндрической части  корпуса, определяется по формуле:

                                                                                      (26)

 

где Pp - расчётное давление,  МПа;

        Pи - пробное давление, МПа;

        - коэффициент прочности сварного шва;

        - допускаемое напряжение при рабочих условиях, МПа;

        - допускаемое напряжение из условия испытания, МПа.

 

Коэффициент прочности сварного шва  принимали по таблице 10.

Таблица 10 - Коэффициент прочности сварных швов (φ)

Вид сварного шва	φ
	при контроле 100% длины шва	при контроле от 10 до 50% длины шва
Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполненный автоматической или полуавтоматической сваркой	1,0	0,9
Стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполненный вручную	1,0	0,9
Стыковой, доступный сварке только с одной стороны и имеющий в про0цессе сварке металлическую подкладку со стороны корня шва	0,9	0,8
Тавровый, с конструктивны зазором свариваемых деталей	0,8	0,65
Стыковой, выполненный автоматической или полуавтоматической сваркой с одной стороны, с флюсовой или керамической подкладкой	0,9	0,8
Стыковой, выполненный вручную с одной стороны	0,9	0,65

 

Исполнительная толщина стенки S, м определяется по формуле:

 

               S=Sp+C+C0                                     (27)

 

где   Sp  - расчётная толщина стенки

         C - прибавка к расчётной толщине стенки. М;

         C0 - прибавка на округление размера до стандартного размера, м

 

 

По рекомендациям ОСТ 26-91 и по соображениям жёсткости конструкции принимаем S = 6мм

 

3.7 Определение толщины крышки

Расчётная толщина крышки Sпр определяется по формуле:

 

                                                                            (28)

 

где   к – коэффициент, учитывающий тип закрепления крышки.

 

3.8 Определение толщины трубной решётки.

Толщина трубной решётки S ,м,  определяется  исходя из условия закрепления труб сваркой по формуле:

                                                                     (29)

 

где     dн   -   наружный диаметр трубок, м;

           t  -    шаг трубок, м

 

9. Выбор фланцевого соединения

Согласно [ 2, с.91]    приняли плоские приварные фланцы типа выступ-впадина. Материал BCm 3 Сп 3

 

3.10 Расчёт температурных напряжений в трубах и корпусе

Расчёт ведём по формуле

 

                          (30)

где  - коэффициент линейного расширения материала и труб соответственно    

      tк,tт  - средняя температура корпуса и труб;

     Ек,Ет -   модуль продольной упругости материала корпуса и труб соответственно Па;

     Fт,Fк - площадь сечения труб и корпуса соответственно.

                                             Fт=n· ·(dн2-dвн2)                                         (31)

 где    n- общее число труб;

          dн- наружный диаметр труб, м;

          dвн- внутренний диаметр труб, м

 

Площадь сечения корпуса

                           

Fк = (Дн2-Двн2)       (32)

 

где    Дн - наружный диаметр аппарата, м;

         Двн - внутренний диаметр аппарата, м.

 

 

Примеры технологического, гидравлического и механического расчетов теплообменных аппаратов приведены в [8].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты контрольных заданий

 

Рассчитать и пообобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого теплообменного аппарата при следующих данных:

Рабочая среда	Назначение аппарата	Параметры рабочей среды
		Массовый расход G, кг/ч	температура, 0С		абсолютное давление Pх10-5, Па	допускаемые потери давления Pх10-5, Па
			начальная	конечная
Спирт этиловый	холодильник	22000	90	40	1,5	0,20
Бензол		30000	100	30	2,0	0,13
Толуол		16000	110	25	1,3	0,12
Этилацетат		18000	77	30	10,0	0,15
Азот		26000	150	20	2,0	0,3
Хлорбензол		12000	130	30	1,5	0,15
Кислота уксусная (50%)		24000	90	40	1,0	0,11
Воздух	нагреватель	12000	20	110	2,5	0,19
Хлорбензол		20000	30	100	1,3	0,20
Четырёххлористый углерод		14000	25	90	2,0	0,13
Спирт метиловый		22000	35	100	3,0	0,25
Азот		7000	30	130	2,0	0,30
Толуол		16000	25	95	1,3	0,12
Спирт этиловый		26000	40	90	1,5	0,20
Бензол		10000	40	70	1,0	0,14
Бензол	конденсатор	9500	-	-	2,5	0,16
Толуол		12000	-	-	1,3	0,23
Уксусная кислота  (50%)		2000	-	-	1,5	0,16
Спирт бутиловый		5500	-	-	1,0	0,11
Толуол		10000	-	-	1,5	0,20
Спирт метиловый		18000	-	-	1,5	0,12
хлорбензол		3500	-	-	1,2	0,14
Спирт этиловый		8000	-	-	1,5	0,18
Четырёххлористый углерод		21000	-	-	2,0	0,16
Бензол	испаритель	18000	40	-	1,4	-
Толуол		32000	30	-	1,2	-
Спирт этиловый		24000	25	-	1,0	-
Спирт бутиловый		48000	20	-	1,1	-
Четырёххлористый углерод		21000	28	-	1,2	-
Уксусная кислота  (50%)		20000	35	-	1,3	-

 

 

 

Литература

 

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. – 496 с.
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. учебное пособие для вузов/Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
3. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991. – 352 с.
4. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник. – Изд. 2-е, перераб. и доп. Т.2. – Калуга: Изд. Н.Бочкаревой, 2002. – 1028 с.
5. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л., Химия, 1974. – 344 с.

6 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.- Л.: Машиностроение, 1970. – 752 с.

7 Михалев М.Ф. и др. Расчет и конструирование МАХП.- Л.: Машиностроение, 1984. – 301 с.

8 Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): учебное пособие. – М.: Альфа-М, 2008. – 720 с.

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица I – Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

Пересчет в СИ: 1 кгс/см2 = 9,81.104 Па.

Давление (абсолютное) Р, кгс/см2	Температура t, оС	Удельный объем g, м3/кг	Плотность r, кг/м3	Удельная энтальпия жидкости i/, кДж/кг	Удельная энтальпия пара i//, кДж/кг	Удельная теплота парообразования r, кДж/кг
1	2	3	4	5	6	7
0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10 0,12 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0  10 11	6,6 12,7 17,1 20,7 23,7 28,6 32,5 35,8 41,1 45,4 49,0 53,6 59,7 68,7 75,4 80,9 85,5 89,3 93,0 96,2 99,1 104,2 108,7 112,7 116,3 119,6 132,9 142,9 151,1 158,1 164,2 169,6 174,5 179,0 183,2	131,60 89,64 68,27 55,28 46,53 35,46 28,73 24,19 18,45 14,96 12,60 10,22 7,977 5,331 4,072 3,304 2,785 2,411 2,128 1,906 1,727 1,457 1,261 1,113 0,997 0,903 0,6180 0,4718 0,3825 0,3222 0,2785 0,2454 0,2195 0,1985 0,1813	0,00760 0,01116 0,01465 0,01809 0,02149 0,02820 0,03481 0,04133 0,05420 0,06686 0,07937 0,09789 0,1283 0,1876 0,2456 0,3027 0,3590 0,4147 0,4699 0,5246 0,5790 0,6865 0,7931 0,898 1,003 1,107 1,618 2,120 2,614 3,104 3,591 4,075 4,536 5,037 5,516	27,7 53,2 71,6 86,7 99,3 119,8 136,2 150,0 172,2 190,2 205,3 224,6 250,1 287,9 315,9 339,0 358,2 375,0 389,7 403,1 415,2 437,0 456,3 473,1 483,6 502,4 558,9 601,1 637,7 667,9 694,3 718,4 740,0 759,6 778,1	2506 2518 2526 2533 2539 2548 2556 2562 2573 2581 2588 2596 2607 2620 2632 2642 2650 2657 2663 2668 2677 2686 2693 2703 2709 2710 2730 2744 2754 2768 2769 2776 2780 2784 2787	2478 2465 2455 2447 2440 2429 2420 2413 2400 2390 2382 2372 2358 2336 2320 2307 2296 2286 2278 2270 2264 2249 2237 2227 2217 2208 2171 2141 2117 2095 2075 2057 2040 2024 2009

Продолжение таблицы I

1	2	3	4	5	6	7
12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 225	187,1 190,7 194,1 197,4 200,4 203,4 206,2 208,8 211,4 232,8 249,2 262,7 274,3 284,5 293,6 301,9 309,5 323,1 335,0 345,7 355,4 364,2 374,0	0,1668 0,1545 0,1438 0,1346 0,1264 0,1192 0,1128 0,1070 0,1017 0,06802 0,05069 0,04007 0,03289 0,02769 0,02374 0,02064 0,01815 0,01437 0,01164 0,00956 0,00782 0,00614 0,00310	5,996 6,474 6,952 7,431 7,909 8,389 8,868 9,349 9,83 14,70 19,73 24,96 30,41 36,12 42,13 48,45 55,11 69,60 85,91 104,6 128,0 162,9 322,6	795,3 811,2 826,7 840,9 854,8 867,7 880,3 892,5 904,2 1002 1079 1143 1199 1249 1294 1337 1377 1455 1531 1606 1684 1783 2100	2790 2793 2795 2796 2798 2799 2800 2801 2802 2801 2793 2780 2763 2746 2726 2705 2684 2638 2592 2540 2483 2400 2100	1995 1984 1968 1956 1943 1931 1920 1909 1898 1800 1715 1637 1565 1497 1432 1369 1306 1183 1061 934 799 617 0