Кожухотрубчатый конденсатор изопентановой колонны газофракционирующей установки
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Июня 2013 в 01:37, курсовая работа
Краткое описание
Развитие химической промышленности является основой химизации
народного хозяйства. В связи с этим, первостепенное значение приобретают
разработки современных конструкций машин и аппаратов химических
производств, интенсификации производственных процессов, снижение
стоимости оборудования, разработка природоохранных мероприятий, чему
способствует его правильный расчёт и конструирование.
В химической промышленности осуществляются разнообразные
процессы, в которых исходные материалы в результате химического
взаимодействия претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся
изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ.
Наряду с химическими реакциями, являющимися основой химико-
технологических процессов последние обычно включают многочисленные
физические (в том числе и механические) и физико - химические процессы
Содержание
Введение
5
1 Теоретические основы процесса. Выбор конструкции аппарата и
материалов
7
2 Технологические и проектные расчеты
13
2.1 Описание технологической схемы производства
13
2.2 Устройство и принцип работы аппарата
15
2.3 Материальные и тепловые балансы и расчеты
16
2.4 Технологические расчеты
20
2.5 Конструктивные расчеты
28
2.6 Гидравлическое сопротивление аппарата
29
3 Прочностные расчеты аппарата
31
3.1 Расчет толщины стенки обечайки и крышки
32
3.2 Расчет днища эллиптического
32
3.3 Расчет опоры аппарата
33
Список использованных источников
Вложенные файлы: 1 файл
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
С
УМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра процессов и оборудования химических и
нефтеперерабатывающих производств
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»
Тема проекта: Кожухотрубчатый конденсатор изопентановой
колонны газофракционирующей установки
Выполнил студент группы:
ХМЗТ-21П
Голодный А.Г.
фамилия и инициалы
Зачётная книжка
№
Защищен с оценкой:
Руководитель: доц. Михайловский Я.Э.
должность, фамилия и инициалы
подпись
Комиссия:
фамилия и инициалы
подпись
СУМЫ СумГУ 2006
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
5
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
Разраб.
Голодный
Провер.
Михайловский
Реценз.
Н. Контр.
Михайловский
Утверд.
Склабинский
Кожухотрубчатый конденсатор
изопентановой колонны
газофракционирующей установки.
Пояснительная записка
Лит.
Листов
40
СумГУ гр.ХМЗТ-21П
Содержание
С
Введение
5
1 Теоретические основы процесса. Выбор конструкции аппарата и
материалов
7
2 Технологические и проектные расчеты
13
2.1 Описание технологической схемы производства
13
2.2 Устройство и принцип работы аппарата
15
2.3 Материальные и тепловые балансы и расчеты
16
2.4 Технологические расчеты
20
2.5 Конструктивные расчеты
28
2.6 Гидравлическое сопротивление аппарата
29
3 Прочностные расчеты аппарата
31
3.1 Расчет толщины стенки обечайки и крышки
32
3.2 Расчет днища эллиптического
32
3.3 Расчет опоры аппарата
33
Список использованных источников
37
Приложение А
38
Приложение Б
40
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
5
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
ВВЕДЕНИЕ
Развитие химической промышленности является основой химизации
народного хозяйства. В связи с этим, первостепенное значение приобретают
разработки современных конструкций машин и аппаратов химических
производств, интенсификации производственных процессов, снижение
стоимости оборудования, разработка природоохранных мероприятий, чему
способствует его правильный расчёт и конструирование.
В химической промышленности осуществляются разнообразные
процессы, в которых исходные материалы в результате химического
взаимодействия претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся
изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ.
Наряду с химическими реакциями, являющимися основой химико-
технологических процессов последние обычно включают многочисленные
физические (в том числе и механические) и физико - химические процессы. К
таким процессам относятся: перемещение жидкостей и твердых материалов,
измельчение и классификация последних, сжатие и транспортирование
газов, нагревание и охлаждение веществ, их перемешивание, разделение
жидких и газовых неоднородных смесей выпаривание растворов, сушка
материалов и др. При этом способ проведения указанных процессов часто
определяет возможность осуществления, эффективность и рентабельность
производственного процесса в целом. Таким образом , технология
производства самых разнообразных химических продуктов и материалов
(кислот и щелочей, солей, минеральных удобрений красителей,
полимерных и синтетических материалов, пластических масс) включает ряд
однотипных физических и физико-химических процессов, характеризуемых
общими закономерностями. Эти процессы в различных производствах
проводятся в аналогичных по принципу действия машинах и аппаратах.
Процессы и аппараты, общие для различных отраслей химической
технологии получили название основных процессов и аппаратов. Например,
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
6
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
одним из основных процессов является теплообмен. Этот процесс
применяется при получении многих веществ и продуктов.
Процессы теплообмена играют важную роль в современной технике.
Особенно широко процессы теплообмена используются в химической,
энергетической, металлургической и пищевой промышленности.
Теплообменными
аппаратами
называются
устройства,
предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому при
осуществлении различных тепловых процессов: нагревании, охлаждении,
кипении, конденсации и др. В промышленности используются
разнообразные типы теплообменного оборудования, однако наиболее
широкое применение находят кожухотрубные теплообменники. Эти
теплообменники не обладают особенной компактностью, но имеют высокую
механическую прочность и могут быть использованы в разных областях. За
исключением воздухоохладителя с оребренными трубами специального
назначения, это фактически единственное устройство, которое можно
применять при больших площадях поверхности теплообмена, давлениях
выше 2 МПа и температурах более 250°С.
Как следует из названия, кожухотрубный теплообменник имеет кожух
(сосуда высокого давления), содержащий пучок труб, который крепится к
неподвижной и задней головкам. Трубы, крепящиеся к трубным доскам,
могут быть гладкими или оребренными и располагаются параллельно
продольной оси кожуха.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
7
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА. ВЫБОР
КОНСТРУКЦИИ АППАРАТА И МАТЕРИАЛОВ
Теплообменом называется процесс переноса теплоты происходящий
между телами, имеющими различную температуру. При этом теплота
переходит самопроизвольно от более нагретого к менее нагретому телу.
Теплообмен между телами представляет собой обмен энергией между
молекулами, атомами и свободными электронами, в результате, которого
интенсивность движения частиц более нагретого тела снижается, а менее
нагретого - возрастает. Все теплообменные процессы можно условно
разделить на следующие группы: нагревание, охлаждение, конденсация,
испарение. Нагревание – повышение температуры перерабатываемых
материалов путем подвода к ним тепла. Охлаждение – понижение
температуры перерабатываемых материалов путём отвода от них тепла.
Конденсация – снижение паров какого-либо вещества путём отвода от них
тепла. Испарение – перевод в парообразное состояние какой-либо
жидкости путём подвода к ней тепла. Частным случаем испарения
является процесс выпаривания – концентрирования при кипении
растворов твёрдых нелетучих веществ путём удаления жидкого летучего
растворителя в виде паров.
Движущей силой любого теплообменного процесса является
разность температур сред, при наличии которой тепло распространяется
от среды с большей температурой к среде с меньшей температурой. Тела,
участвующие
в
теплообмене,
называются
теплоносителями.
Теплоносители с более высокой температурой называют горячими,
теплоносители с более низкой температурой – холодными.
Очень важна также схема движения теплоносителей. От нее сильно
зависит характер процесса. Существует несколько схем движения
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
8
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
потоков теплоносителей. Прямоточная схема – горячий теплоноситель
взаимодействует с холодным через стенку, при этом потоки направлены
параллельно друг другу и в одном направлении, противоточная – потоки
параллельны, но направлены в противоположные стороны, и
перекрёстная потоки направлены под углом относительно друг друга.
Теплоотдача при кипении жидкости относится к числу особенно
сложных процессов. При кипении пар образуется в виде пузырьков в
определённых местах (центрах) поверхности нагрева. При хорошей
смачиваемости жидкостью поверхности нагрева, жидкость подтекает под
пузырьки и облегчает их отрыв от поверхности нагрева. При плохой
смачиваемости пузырьки пара имеют широкое основание и достигают при
отрыве больших размеров; фактически отрывается только вершина
пузырька, а у поверхности нагрева всё время имеется паровая прослойка.
При большом числе центров парообразования поверхность нагрева может
покрываться сплошной паровой плёнкой.
Таким образом, при кипении жидкостей, плохо смачивающих
поверхность нагрева, коэффициенты теплоотдачи значительно меньше,
чем при кипении жидкостей, хорошо смачивающих поверхности нагрева.
Измерение температур в объёме кипящей жидкости указывает на
следующий
характер
температурного
поля. Непосредственно
у
поверхности нагрева жидкость имеет температуру, равную температуре
этой поверхности. На расстоянии 2 – 3 мм от поверхности температура
жидкости резко уменьшается до значения, превышающего на 0,3
÷
0,5
С
0
температуру образующегося пара. Эта температура сохраняется
практически во всём объёме жидкости, т.е. жидкость в основной массе
незначительно перегрета.
По мере продвижения вверх через слой жидкости пузырёк пара
значительно увеличивается в объёме. Это свидетельствует о том, что
пузырёк пара при движении через слой жидкости получает от неё
дополнительное количество пара и тепла. Обычно объём пузырька при
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
9
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
движении вверх увеличивается в несколько десятков раз, а значит
основное количество тепла воспринимается пузырьком не от поверхности
нагрева, а от жидкости. Таким образом, из рассмотрения механизма
парообразования при кипении жидкостей следует, что в этом случае
теплоотдачи тепло передаётся от поверхности нагрева к жидкости, а затем
вместе с ними переносится в паровую фазу.
Число центров образования паровых пузырьков и частота их отрыва
и, следовательно, интенсивность теплоотдачи при кипении зависят от
температур поверхности нагрева и кипящей жидкости.
Кипение при наличии сплошной плёнки пара на поверхности
нагрева называют плёночным, в отличие от кипения с парообразованием
лишь в отдельных центрах, которое называют пузырьковым.
Расчет теплообменного аппарата включает: определение необходимой
поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного
варианта конструкции, удовлетворяющих заданным технологическим
условиям оптимальным образом. Необходимую поверхность теплопередачи
определяют из основного уравнения теплопередачи:
K
t
Q
F
cp
⋅
∆
=
(1.1)
где
cp
t∆
– средняя разность температур, ºС;
К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м
2
·К).
Тепловую нагрузку Q в соответствии с заданными технологическими
условиями находят по одному из следующих уравнений:
Если агрегатное состояние теплоносителей не меняется:
Q= G⋅С⋅(t
1
–t
2
)
(1.2)
где С – теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг⋅К);
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
10
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
t
1
,t
2
– температуры теплоносителя на входе и
выходе из теплообменника, ºС
При испарении жидкости без предварительного нагрева:
Q= G⋅r
(1.3)
где r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.
При испарении жидкости с предварительным подогревом:
Q= G⋅(I – Сt)
(1.4)
где I – энтальпия пара, Дж/кг.
При проектировании теплообменника также необходимо учитывать
конструктивные
особенности
аппарата. Трубы
в
кожухотрубных
теплообменниках стараются разместить так, чтобы зазор между внутренней
стенкой кожуха и поверхностью, огибающей пучок труб, был
минимальным, в противном случае значительная часть теплоносителя может
миновать основную поверхность теплообмена. Для уменьшения количества
теплоносителя, проходящего между трубным пучком и кожухом, в этом
пространстве устанавливают специальные заполнители или глухие трубы,
которые не проходят через трубные решетки и могут быть расположены
непосредственно у внутренней поверхности кожуха.
Теплообменники типа ТН отличаются простым устройством и
сравнительно дешевы, однако им присущ крупный недостаток. Затруднена
очистка наружных поверхностей труб механическим способом, а
теплоносители в некоторых случаях могут содержать примеси, способные
оседать на поверхности труб в виде накипи, отложений и др. Слой таких
отложений имеет малый коэффициент теплопроводности и способен
весьма существенно ухудшить теплопередачу в аппарате.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
11
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
В промышленности используются разнообразные типы жаропрочного
теплообменного оборудования, однако наиболее широкое применение
находят кожухотрубные теплообменники. Эти теплообменники не обладают
особенной компактностью, но имеют высокую механическую прочность и
могут быть использованы в разных областях. Как одна из разновидностей
кожухотрубных теплообменников, конденсаторы также получили очень
широкое распространение в различных областях промышленности.
Оборудование этого типа можно применять при больших площадях
поверхности теплообмена, давлениях выше 2 МПа и температурах более
250°С. Тип аппарата мы принимаем с неподвижными трубными решетками,
так как температурная разница сред невелика.
Материалы для изготовления химических аппаратов и машин нужно
выбирать в соответствии со спецификой их эксплуатации, учитывая при этом
возможное изменение исходных физико-химических свойств материалов под
воздействием рабочей среды, температуры и протекающих химико-
технологических процессов. При выборе материалов для аппаратуры
необходимо руководствоваться отраслевым стандартом ОСТ 26-291—94.
Выбор материала необходимо начинать с уточнения рабочих условий:
температуры, давления, концентрации обрабатываемой среды.
При конструировании химической аппаратуры к конструкционным
материалам предъявляются следующие основные требования:
1) достаточная общая химическая и коррозионная стойкость в агрессивной
среде с заданными концентрацией, температурой и давлением;
2) достаточная механическая прочность при заданных давлении и
температуре технологического процесса;
3) способность материала свариваться с обеспечением высоких механических
свойств сварных соединений и коррозионной стойкости их в агрессивной
среде.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
12
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
Для изготовления деталей и узлов, которые контактируют с рабочей
средой – изопентан и вода, выбираем материал – сталь 09Г2С [1], с. 285.
Работоспособность изделия, т.е. состояние, при котором оно способно
нормально выполнять заданные функции, оценивается критериями
прочности, жесткости, устойчивости, износостойкости, коррозионной
стойкости.
Благодаря широкому спектру свойств, определяемых составом и
химико-термической обработкой, сталь - наиболее распространенный
конструкционный материал.
09Г2С – относится к классу низколегированных сталей, Способ
поставки – листовая сталь. Сталь, характеризуемая повышенной прочностью
и ударной вязкостью в интервале температур от –70 до + 475
0
С.
Порог хладноломкости лежит ниже – 100
0
С. Данная сталь в виде
листового проката широко применяется для сварной химической аппаратуры
ответственного назначения, работающих преимущественно при низких
температурах(до -70
0
С) [11].
Сталь хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии,
легко поддаётся обработке резанием. Очень хорошо сваривается всеми
видами сварки. Однако из-за большой вязкости она хуже подвергается
механической обработке. Кроме того, сталь неустойчива во многих
агрессивных средах.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
13
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ПРОЕКТНЫЕ РАСЧЕТЫ
2.1 Описание технологической схемы установки
На рис. 2.1 представлена схема газофракционирующей для выделения
из бензиновой фракции изопентана и н-пентана.
Рисунок 2.1. Схема газофракционирующей установки с выделением из
бензиновой фракции изопентана и н-пентана.
Нестабильный деэтанизированный бензин после подогрева в
теплообменнике 9 поступает в бутановую колонну 1, в которой в качестве
верхнего продукта отводится обогащенная пропаном и бутаном фракция,
подаваемая в пропановую колонну 2 на разделение. Из кубовой части
бутановой колонны отводится фракция, обогащенная компонентами Cs +
высшие, подаваемая на разделение в пентановую колонну 3.
В пентановой колонне 3 в качестве товарного продукта кубовой части
колонны отводится гексан + высшие, в качестве верхнего продукта отводится
пентановая фракция, содержащая изопентан и н-пентан. Эта фракция затем
разделяется в изопентановой разрезной колонне, состоящей из отдельных
рядом стоящих ректификационных колонн, работающих как одна целая.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
14
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
Колонна 4 работает как нижняя, и из её кубовой части отводится н-
пентан в товарный парк. Колонна 5 работает как верхняя, и кубовый продукт
насосом 8 отводится на орошение колонны 4, а продукт верхней части -
изопентан - после охлаждения в холодильнике 11 отводится в парк товарной
продукции.
Холодильниками верхних частей колонны являются воздушные
конденсаторы или холодильники-испарители обычных холодильных
установок (аммиачной или пропановой).
Температурный режим верхней части колонны выбирают таким, чтобы
обеспечить максимальную конденсацию паров в холодильниках-
конденсаторах. Кубовые части колонн обогреваются парами, получаемыми в
кипятильниках, использующих в качестве теплоносителя насыщенный
водяной пар или циркулирующий нефтепродукт (дизельное топливо).
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
15
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
2.2 Устройство и принцип работы аппарата
Данный аппарат относится к теплообменным аппаратам тепло в
котором, от горячего теплоносителя к холодному передаётся через стенку(в
нашем случае через тонкую стенку металлической трубки).
Горячий теплоноситель – дистиллят и орошение изопентановой
колонны вводится в межтрубное пространство аппарата, холодный
теплоноситель – вода, поступает в трубное пространство аппарата. Такое
распределение теплоносителей в аппарате вызывается удобством
технического обслуживания (сравнительно частая очистка поверхностей труб
от внутренних отложений).
Рисунок 2.2 – Эскиз теплообменного аппарата
1 – Трубчатка; 2 – Распределительная камера; 3 – Крышка.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
16
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
2.3 Материальные и тепловые балансы и расчёты
Исходные данные:
Состав горячего теплоносителя (дистиллят и орошение изопентановой
колонны), мольн. доли:
и-С
4
Н
10
н-С
4
Н
10
и-С
5
Н
12
н-С
5
Н
12
0,001
0,009
0,985
0,005
Количество теплоносителя 25000 кг/ч;
Температура поступающих в аппарат паров t
D
=50ºC;
Давление на входе P
D
=0,2 МПа;
Температура конденсата t
O
=40ºС;
Давление в емкости орошения P
O
=0,135 МПа;
Температура охлаждающей воды на входе в аппарат t
B
=25ºС.
Горячий теплоноситель – дистиллят и орошение изопентановой
колонны вводится в межтрубное пространство аппарата, холодный
теплоноситель – вода, поступает в трубное пространство аппарата. Такое
распределение теплоносителей в аппарате вызывается удобством
технического обслуживания (сравнительно частая очистка поверхностей труб
от внутренних отложений).
Расчет.
Горячий теплоноситель на 98,5 % состоит из изопентана, поэтому без
большой ошибки его теплофизические свойства можно определять как для
чистого изопентана.
Для определения тепловой нагрузки аппарата, необходимо найти
температуру конденсации горячего теплоносителя – изопентана. За расчетное
давление в аппарате, по ходу горячего теплоносителя, принимается среднее
давление:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
17
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
(
)
0,5
D
O
P
P
P
=
+
(2.1)
(
)
0,5 0,2 0,135 0,167
P =
+
=
МПа
Тогда температура конденсации при этом давлении может быть
найдена по справочнику [8, с. 205] она равна будет t
K
=43ºС.
Таким образом, в аппарате имеются две расчетные зоны: зона
конденсации насыщенного пара и зона охлаждения конденсата (рис.2.3).
Рисунок 2.3. График распределения температур в конденсаторе-
холодильнике
Падение температуры вдоль зоны конденсации теплоносителя связано
с конденсацией многокомпонентной смеси и падением давления вследствие
гидравлического сопротивления по ходу потока.
2.3.1. Определим мольную массу смеси:
М
см
= Y·М
С5Н12
+(1-Y)М
С4Н10
;
(2.2)
М
см
= 0,99·72+(1-0,99)·58=71,86
2.3.2. Тепловая нагрузка конденсатора определяется по следующей
формуле:
(
) (
)
1
1
D
K
K
O
t
t
t
t
Q G H
h
G h
h
=
−
+
−
(2.3)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
18
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
где: G
1
– количество горячего теплоносителя, кмоль/ч; H
tD
– энтальпия
паров горячего теплоносителя при t
D
=50ºC и давлении P
D
=0,2 МПа; h
tК
–
энтальпия конденсата горячего теплоносителя при температуре t
K
=43ºC; h
tO
–
энтальпия конденсата при температуре 40ºС.
1
25000
348
71,86
см
G
G
M
=
=
=
кмоль/ч
H
tD
=45300 кДж/кмоль; [9. с.10]
h
tК
=19800 кДж/кмоль; [9. стр.10]
h
tO
=19400 кДж/кмоль. [9. стр.10]
Подстановка в формулу числовых значений величин дает:
(
)
(
)
348 45300 19800 348 19800 19400 9013200
Q =
−
+
−
=
кДж/ч=2,5МВт
(
)
1
348 45300 19800 8874000
Q =
−
=
кДж/ч=2,465 МВт
(
)
2
348 19800 19400 139200
Q =
−
=
кДж/ч=0,0386 МВт
Первое слагаемое в приведенном выражении есть тепловая нагрузка
зоны конденсации, второе – тепловая нагрузка – зоны охлаждения
конденсата.
2.3.3. Определим расход воды. Расход воды определяется из уравнения
теплового баланса конденсатора без учета потерь тепла в окружающую
среду; температуру охлаждающей воды на выходе из аппарата примем
равной t
ВК
=45ºС.
(
)
2 B
ВК
ВН
Q G c t
t
=
−
(2.4)
откуда
(
)
2
B
ВК
ВН
Q
G
c t
t
=
−
где G
2
– расход воды, кг/ч; Q=9 10
6
кДж/ч – тепловая нагрузка
аппарата; с
В
=4,19 кДж/(кг·ºС) – теплоемкость воды; t
ВН
– начальная
температура воды.
Тогда:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
19
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
(
)
6
2
9 10
107400
4,19 45 25
G
⋅
=
=
−
кг/ч
Промежуточная температура воды τ в конце первой или вначале
второй зоны (рис.2.2) определяется по уравнению теплового баланса любой
из зон.
2.3.4. Тепловой баланс первой зоны имеет вид:
(
)
1
2
ВК
В
Q G t
с
τ
=
−
(2.5)
откуда
6
1
2
8,8 10
45
25,4
107400 4,19
ВК
B
Q
t
G c
τ
⋅
=
−
=
−
=
⋅
ºС.
2.3.5. Выберем ориентировочно тип конденсатора и рассчитаем
поверхность теплообмена:
Q
F
K tcp
=
∆
(2.6)
где К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м
2
·ºС); Δt – средний
температурный напор, ºС.
На основании практических данных [10, с. 557] для водяного
конденсатора принимается коэффициент теплопередачи К=350 Вт/(м
2
·ºС).
2.3.6. Средний температурный напор в аппарате определим по формуле
Грасгофа:
2,3 lg
б
м
ср
б
м
t
t
t
t
t A
∆ −∆
∆ =
∆
⋅
∆
(2.7)
15 5
9,1
15
2,3 lg
5
ср
t
−
∆ =
=
⋅
где Δt
б
= t
КГ
– t
ВН
;Δt
б
= 40– 25 = 15
о
С;
Δt
м
= t
НГ
– t
КВ
; Δt
м
= 50 – 45=5ºС.
Тогда поверхность теплообмена будет равна:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
20
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
6
2,5 10
714
350 9,1
Q
F
K tcp
⋅
=
=
=
∆
⋅
м
2
.
По полученному значению поверхности теплообмена выбираем
конденсатор с недвижными трубными решетками, горизонтальный.
Диаметр кожуха D, мм
1000
Число трубных пучков, шт.
1
Число ходов теплоносителя по трубам:
4
Размеры труб:
длина l, м
6,0
диаметр d
н
×s, мм
20×2
Поверхность теплообмена F, м
2
404
Проходное сечение трубного пространства S
T
, м
2
0,0051
Следует установить два аппарата выбранного типа. Последующим
расчетом величина поверхности теплообмена и число необходимых
аппаратов будут уточнены.
2.4 Конструктивные расчёты
Определим средние температурные напоры по зонам аппарата.
Горячий и холодный теплоносители движутся в аппарате перекрестным
током, поэтому, без большой ошибки, средний температурный напор для
каждой из зон можно найти по формуле Грасгофа для случая чистого
противотока:
(
) (
) (
) (
)
1
43 25,4
50 45
10
43 25,4
2,3lg
2,3lg
50 45
K
НГ
ВК
cp
K
НГ
ВК
t
t
t
t
t
t
t
τ
τ
− −
−
−
−
−
∆
=
=
=
−
−
−
−
ºС
(2.8)
для второй зоны
(
) (
) (
) (
)
1
43 25,4
40 25
16,28
43 25,4
2,3lg
2,3lg
40 25
K
ГК
ВН
cp
K
ГК
ВН
t
t
t
t
t
t
t
τ
τ
− −
−
−
−
−
∆
=
=
=
−
−
−
−
ºС
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
21
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
2.4.1. Определим коэффициент теплопередачи по зонам конденсатора.
Для первой зоны коэффициент теплопередачи от конденсирующихся паров к
наружной поверхности горизонтальной трубки аппарата рассчитывается по
формуле [11, с. 160].
2 3
'
4
1
1,28
Н
r
td
ρ λ
α
µ
=
∆
(2.9)
где r – теплота конденсации углеводородных паров (изопентан), Дж/кг;
ρ - плотность конденсата, кг/м
3
; λ - коэффициент теплопроводности
конденсата, Вт/(м·ºС); µ - коэффициент динамической вязкости конденсата,
Па·С; ∆t – разность температур конденсирующегося пара и стенки трубы, ºС;
d
H
=0,02 м – наружный диаметр трубок аппарата.
Значения ρ, λ, µ - берутся при средней температуре пограничного слоя
конденсата t
m1
с учетом средней температуры конденсации t
s1
.
Согласно графику, приведенному на [12, рис. 4.12].
(
)
(
)
1
0,5
0,5 50 43 46,5
s
ГН
К
t
t
t
=
−
=
+
=
ºС=47ºС
Принимается (с последующей проверкой) температура стенки трубы со
стороны горячего теплоносителя t
w1
=35ºC. Тогда средняя температура
пограничного слоя конденсата будет равна:
(
)
(
)
1
1
1
0,5
0,5 47 35 41
m
s
w
t
t
t
=
−
=
+
= ºС.
Из таблиц [33, с. 204-206] находим:
ρ
41
=600 кг/м
3
;
r
41
=330 кДж/кг;
λ
41
=0,11 Вт/(м·ºС)
µ
41
=0,198·10
-3
Па·с.
Величина ∆t равна:
1
1
47 25 12
s
w
t t
t
∆ = −
=
−
=
ºС.
Тогда
3
2
3
'
4
1
3
330 10 600 0,11
1,28
1730
0,198 10 12 0,02
α
−
⋅
⋅
⋅
=
=
⋅
⋅ ⋅
Вт/(м
2
·ºС)
В соответствии с конструкцией аппарата среднее число труб,
расположенных в одном вертикальном ряду пучка, равно n=33. Поэтому
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
22
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
коэффициент теплоотдачи α
1
от конденсирующегося пара к поверхности
пучка горизонтальных труб можно найти по формуле:
'
1
1
П
α ε α
=
где ε
П
– усредненный поправочный коэффициент при различном
размещении труб в трубном пучке, определяемый по графику [13, с. 305] и
равный ε
П
=0,5.
Тогда
1
0,5 1730 865
α =
⋅
=
Вт/(м
2
·ºС)
Теперь можно определить коэффициент теплоотдачи α
2
со стороны
воды в первой зоне.
Средняя температура воды:
(
)
(
)
0,5
0,5 25,4 45
35
срв
ВК
t
t
τ
=
+
=
+
=
ºС.
Физические параметры воды при этой температуре находим из
таблицы [14, с. 299]
ρ
35
=995 кг/м
3
;
ν
35
=0,747·10
-6
м
2
/с;
λ
35
=0,618 Вт/(м·ºС)
Pr=5,014.
2.3.8. Скорость воды в трубах аппарата находится по формуле:
2
35 1
3600
G
f
ω
ρ
=
⋅
(2.10)
где f
1
=0,0051– площадь сечения труб для одного хода теплоносителя.
Тогда
107400
5,87
3600 995 0,0051
w =
=
⋅
⋅
м/с.
Критерий Рейнольдса равен:
35
6
35
5,87 0,016
Re
126000
0,747 10
в
w d
ν
−
⋅
⋅
=
=
=
⋅
.
Режим движения жидкости турбулентный, поэтому коэффициент
теплоотдачи со стороны воды определяется по уравнению [14, с.84]:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
23
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
0,25
0,8
0,43
35
35
2
35
35
35
Pr
0,021
Re Pr
Pr
в
d
λ
α
=
(2.11)
0,8
0,43
2
0,681
0,021
126000 5,014
21509
0,016
α =
⋅
=
Вт/(м
2
·ºС)
2.4.2. Коэффициент теплопередачи в первой зоне (с учетом тепловых
сопротивлений загрязнений труб) равен:
1
1
2
1
1
1
1
595
1
0,002
1
0,000086
0,00035
865
46,5
21509
н
ст
в
н
ст
в
K
δ
δ
δ
α
λ
λ
λ α
=
=
+
+
+
+
=
+
+
+
+
Вт/(м
2
·ºС)
(2.12)
где δ
н
/λ
н
=0,000086 (м
2·
ºС)/Вт – тепловое сопротивление загрязнений
наружной поверхности стенок труб [15, с. 336]; λ
ст
= 46,5 Вт/(м
2
·ºС) –
коэффициент теплопроводности стали;
Проверка ранее принятой температуры стенки трубы дает следующий
результат:
1
1
1
1
595 10
47
39
865
ср
w
s
K t
t
t
α
∆
⋅
= −
=
−
= ºС.
Расхождение с принятым значением t
w1
=35ºC считается допустимым,
поэтому перерасчет не делаем.
Во второй зоне происходит охлаждение конденсата (практически
состоящего из изопентана) от температуры конца конденсации t
к
=43ºC до
температуры t
О
=40ºC.
Теплоотдача от конденсата к наружной поверхности трубного пучка
происходит при поперечном омывании труб. Выбор формулы для подсчета
коэффициента теплоотдачи α1 от горячего теплоносителя к наружной
поверхности пучка труб тоже зависит величины критерия Рейнольдса при
средней температуре конденсата в этой зоне. Средняя температура
конденсата составляет:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
24
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
(
)
(
)
2
0,5
0,5 43 40
41,5
cp
к
о
t
t
t
=
+
=
+
=
ºС.
Теплофизические параметры конденсата (изопентан) при этой
температуре [8, с. 204-206] таковы: ρ
41
=600 кг/м
3
; μ
41
=0,2·10
-3
Па·с; λ
41
=0,109
Вт/(м·ºС); с
41
=2,36 кДж/(кг·ºС). Остальные параметры вычислим:
Кинематическая вязкость:
3
6
41
41
41
0,2 10
0,335 10
600
µ
ν
ρ
−
−
⋅
=
=
=
⋅
м
2
/с
Критерий Прандтля
6
3
41 41 41
41
41
0,335 10 2,36 600 10
Pr
4,35
0,109
c
ν
ρ
λ
−
⋅
⋅
⋅
⋅
=
=
=
скорость конденсата в узком (сжатом) сечении пучка труб
c
c
Vк
w
f
=
,
где V
к
– секундный объем конденсата при температуре t
cp2
=41ºC, м
3
/с;
1
41
348 71,86
0,012
3600
3600 600
к
G M
V
ρ
⋅
⋅
=
=
=
⋅
м
3
/с
f
c
– площадь сжатого сечения пучка труб.
2.4.3 Площадь сжатого сечения пучка труб находится по формуле:
(
)
{
}
1
1
3
c
c
н
c н
Т
f
n
s
d
n d l
=
−
+
−
(2.13)
где n
c
=47 число труб в среднем ряду пучка; s
1
=0,025 м – шаг труб;
3d
н
=0,06м – сумма расстояний от центра крайних труб до стенки корпуса
аппарата; l
Т
=6м – длина трубы.
Тогда
(
)
{
}
47 1 0,025 0,06
47 0,02 6 1,62
c
f =
−
+
− ⋅
=
м
2
.
Скорость конденсата составляет
0,012
0,0075
1,62
c
w =
=
м/с.
Критерий Рейнольдса равен:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
25
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
41
6
41
0,0075 0,02
Re
447,8
0,335 10
c н
w d
v
−
⋅
=
=
=
⋅
Полученное числовое значение критерия Рейнольдса указывает на
ламинарный режим движения теплоносителя и на необходимость расчета
коэффициента теплоотдачи от конденсата к наружной поверхности пучка по
уравнению [14, с.100]:
0,25
0,5
0,36
41
41
1
41
41
2
Pr
0,56
Re Pr
Pr
н
w
d
λ
α
=
Предварительный расчет показывает, что последний множитель в
данном уравнении может быть принят равным единице, поэтому
0,5
0,36
1
0,109
0,56
447,8 4,35
109,5
0,02
α =
=
Вт/(м
2
·ºС).
Для определения коэффициента теплоотдачи α
2
со стороны воды во
второй зоне, рассчитаем среднюю температуру охлаждающей воды:
2
2
25,4 25
25,2 25
2
2
cp
t
τ
τ
+
+
=
=
=
≈ ºС.
Физические параметры воды при такой температуре [14, с.299] таковы:
ρ
25
=997кг/м
3
;
ν
25
=0,906·10
-6
м
2
/с;
λ
25
=0,605
Вт/(м·ºС);
с
25
=4,178кДж/(кг·ºС), Pr
25
=6,24.
Секундный расход воды в трубах этой зоне практически остается
прежним, поэтому и ее скорость равной
1,18
w =
м/с.
Критерий Рейнольдса равен:
41
6
25
5,87 0,016
Re
103665
0,906 10
в
wd
v
−
⋅
=
=
=
⋅
Режим
движения
теплоносителя
– турбулентный, поэтому
коэффициент теплоотдачи со стороны воды находится по уравнению:
0,25
0,8
0,43
25
25
2
25
25
2
Pr
0,021
Re Pr
Pr
в
w
d
λ
α
=
(2.14)
Имея ввиду, что
25
2
Pr
Pr
w
≈
, получим:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
26
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
0,8
0,43
2
0,605
0,021
103665 6,24
17959
0,016
α =
=
Вт/(м
2
·ºС)
2.4.4. Коэффициент теплопередачи во второй зоне с учетом тепловых
сопротивлений загрязнений труб:
1
1
2
1
1
1
1
99,5
1
0,016
1
0,000172
0,00035
109,5
46,5
17959
н
ст
в
н
ст
в
K
δ
δ
δ
α
λ
λ
λ
α
=
=
+
+
+
+
=
+
+
+
+
Вт/(м
2
·ºС)
2.4.5. Поверхность теплообмена конденсатора-холодильника получают
расчетом:
Для первой зоны
3
1
1
1
1
2465 10
414,3
595 10
cp
Q
F
K
t
⋅
=
=
=
⋅∆
⋅
м
2
для второй зоны
3
2
2
2
2
38,66 10
23,86
99,5 16,28
cp
Q
F
K
t
⋅
=
=
=
⋅∆
⋅
м
2
Общая
1
2
414,3 23,86 438,16
F F F
= +
=
+
=
м
2
.
Окончательно принимаем поверхность теплопередачи с 25% запасом
по поверхности
(
)
1 0,25
1,25 348,16 548,2
F
F
= +
=
⋅
=
м
2
.
2.4.6. Средний коэффициент теплопередачи для конденсатора –
холодильника равен:
3
2503,66 10
571
438,16 10
cp
K
⋅
=
=
⋅
Вт/(м
2
·ºС)
Полученное значение среднего коэффициента теплопередачи для
конденсатора-холодильника соответствует эксплуатационным данным по
коэффициентам теплопередачи [16, с.454].
Необходимое число аппаратов выбранного типа составляет:
548,2
1,35
404
a
N =
=
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
27
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
Из расчета следует, что для заданных условий необходимо установить
последовательно два конденсатора ранее выбранного типа, обеспечивая
резерв поверхности теплообмена.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
28
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
2.5 Конструктивные расчёты
Диаметры патрубков для рабочих сред при их параметрах (расходы,
скорости и плотность) определяем по формуле:
w
G
d
п
⋅
⋅
⋅
=
ρ
π
4
(2.15)
где w – скорость движения теплоносителя в патрубке, м/с.
Скорости движения теплоносителей:
- для жидкостей:
0,1 – 0,5 м/с – при самотёке;
0,5 – 2,5 м/с – в напорных трубопроводах;
- для пара
20 – 40 м/с;
- для газов
5 – 15 м/с.
Диаметр патрубков для входа и выхода воды (ρ
в
= 995кг/м
3
)
4 107400
0,138
3600 3,14 995 2
в
d
⋅
=
=
⋅
⋅
⋅
м;
принимаем больший стандартный размер D
у
150мм;
диаметр патрубка для выхода конденсата изопентана (ρ
и
= 600кг/м
3
)
4 25000
0,148
3600 3,14 600 0,5
ик
d
⋅
=
=
⋅
⋅
⋅
м;
принимаем больший стандартный размер D
у
150мм;
диаметр патрубка для входа паров изопентана в аппарат, плотность паров
изопентана
60
п
ρ =
кг/м
3
[33, с.204]
4 25000
0,141
3600 3,14 60 10
ип
d
⋅
=
=
⋅
⋅ ⋅
м
принимаем больший стандартный размер D
у
150мм;
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
29
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
2.6 Гидравлическое сопротивление аппарата
Проверяем условия выбора уравнение для расчета коэффициента
трения воды по стенке труб. Так как значение критерия Рейнольдса равняется
Re = 126000 и большее 10000, это режим движения жидкости в трубках
теплообменника есть турбулентной. Тогда коэффициент трения определяем
по формуле:
25
,0
Re
68
11
,0
+
∆
=
d
λ
(2.16)
0,25
0,01
68
0,11
0,098
0,016 126000
λ
=
+
=
Для приблизительных расчетов можно принимать следующие значения
абсолютной шероховатости, мм: трубы стеклянные и чистые цельнотянутые
из латуни и меди - 0,0015- 0,01; стальные новые - 0,06-0,1; стальные, которые
были в использовании, с незначительной коррозией - 0,1-0,2; стальные и
чугунные, загрязненные - 0,2-2.
Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений в аппарате:
∑
−
+
+
=
)1
(
2
2
3
2
1
z
м
ξ
ξ
ξ
ξ
(2.17)
Для расчетов можно принимать такие приблизительные значения
коэффициентов местного сопротивления:
передняя и задняя камеры - 1,5;
вход в трубу и выход из нее - 1;
поворот на 180° между ходами и секциями - 2,5;
поворот на 180° сквозь колено - 2;
вход в трубное пространство и выход из него - 1;
поворот на 90° в трубном пространстве - 1.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
30
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
( )
2 1,5 4 1 2,5 4 1 14,5
м
ξ = ⋅ + ⋅ +
− =
∑
Определяем гидравлическое сопротивление движения конденсата в
аппарате по формуле:
2
2
тр
м
е
l
w
Р
P
d
ρ
λ
ξ
∆
+ ∆ =
+∑
(2.18)
2
5,87 995
6
0,098
14,5
878,5
2
0,016
P
⋅
∆ =
+
=
кПа
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
31
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
3. ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЁТЫ АППАРАТА
3.1 Расчёт толщины стенки обечайки и крышки
3.1.1 Расчет толщины стенки обечайки
Рисунок 3.1 - Расчётная схема
Исполнительная толщина обечайки [2]:
[ ]
P
PD
S
p
−
=
σ
ϕ2
мм,
(3.1)
0.2 1
0,004
2 1 177 0,2
p
S
⋅
=
=
⋅ ⋅
−
м,
(3.2)
4 2 6
P
S S
C
≥
+ = + =
мм,
(3.3)
Принимаем центральную обечайку толщиной S = 8 мм.
Условие применения формулы
1.
0
≥
−
D
C
S
,
8 2
0,006 0,1
1000
−
=
<
- выполнено
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
32
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
3.2 Расчёт днища эллиптического
Рисунок 3.3 - Расчётная схема днища
Исполнительная толщина стенки днища [10]:
[ ]
1
2
0,5
p
P R
S
P
ϕ σ
⋅
=
⋅
−
⋅
мм,
(3.4)
где
H
D
R
4
2
=
мм – радиус кривизны в вершине днища, для стандартных
днищ (при
0,25
H
D
=
)
1000
=
= D
R
мм,
1
0,2 1000
0,0035
2 1 177 0,5 0,2
p
S
⋅
=
=
⋅ ⋅
−
⋅
мм,
(3.5)
1
1
3,5 2 5,5
p
S S
C
≥
+ =
+ =
мм,
(3.6)
Принимаем толщину стенки днища из условий штамповки 8мм.
Условия применения формулы
0,002
0,1
S C
D
−
<
≤
мм, 0,2
0,5
H
D
≤
≤
мм;
8 2
0,002
0,006 0,1
1000
−
<
=
≤
- выполнено,
250
0,2
0,25 0,5
1000
≤
=
≤
- выполнено.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
33
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
3.3 Расчёт опоры аппарата
Определение массы аппарата.
Максимальную массу аппарат будет иметь в процессе гидроиспытания:
в
мет
М
М
М
+
=
(3.5)
где М
мет
- масса металла, кг;
М
в
- масса воды; кг.
Массу воды в аппарате приближённо возьмём равной массе воды,
заполняющей объём цилиндра, диаметр которого равен диаметру корпуса
аппарата, а длина равна длине труб, т.е. D = 1000 мм, L = 6000 мм.
Тогда масса воды составит:
в
в
L
D
М
ρ
π
⋅
⋅
⋅
=
4
2
(3.6)
где ρ
в
- плотность воды, ρ
в
= 1000кг/м
3
.
2
3,14 1
6 1000 4712
4
в
М
⋅
=
⋅ ⋅
≈
кг
Массу металла возьмём из ГОСТ 15122 – 79 с.12:
9000
мет
М
кг
=
Тогда полная масса аппарата составит:
4712 9000 13712
М =
+
=
кг
Вес аппарата составит:
g
M
G
⋅
=
(3.7)
где g - ускорение свободного падения, g = 9,81м/с
2
.
Тогда
13712 9,81 134377,6
134,4
G
Н
кН
=
⋅
=
≈
По [4], с.280 выбираем седловую опору типа 2 исполнения 1 с
допускаемой нагрузкой на опору Q = 200 кН.
Стандартное обозначение:
Опора 200 – 514 – 2 – 1 ОСТ 26 – 1265 – 75.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
34
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
Реакция опоры при установке на двух опорах составит:
0,5
0,5 134400 67200
Q
G
=
⋅ =
⋅
=
Н
Изгибающий момент в середине аппарата:
)
(
1
1
a
L
f
Q
M
−
⋅
⋅
=
(3.8)
По [4], с.296 находим f
1
≈ 0,24.
Для аппаратов без колец жёсткости :
0,2
a
L
≈
⋅
(3.9)
0,2 6 1,2
a
м
=
⋅ =
1
67200 (0,24 6 1,2) 16128
M =
⋅
⋅ −
≈
Н·м
Изгибающий момент в сечении над опорой:
)
5,
0
1(
2
3
2
2
f
a
D
f
L
a
f
a
Q
M
−
⋅
⋅
+
−
⋅
⋅
=
(3.10)
По [4], с.296 определяем f
2
≈ 1,07.
По [4], с.296 находим f
3
≈ 0,03.
2
67200 1,2
1,2 0,5 0,03 1
(1
1,07)
28978
1,07
6
1,2
M
⋅
⋅
⋅
=
⋅ −
+
−
= −
Н·м
Перерезывающая сила:
Q
f
Q
n
⋅
=
4
(3.11)
По [4], с.296 определяем f
3
≈ 0,57.
0,57 67200 38304
n
Q =
⋅
=
Н
Прочность стенки от совместного действия внутреннего давления и
изгиба от реакции опор проверяется в двух сечениях:
а) посредине пролёта;
б) над опорой.
Напряжение материала корпуса посредине пролёта:
1
1
2
1,275
[ ]
4(
)
(
)
M
P D
S C
D S C
σ
ϕ σ
⋅
=
+
⋅
≤ ⋅
−
⋅ −
(3.12)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
35
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
6
6
1
2
0,2 10 1
16128
1,275
15,9 10
16
4(0,008 0,002)
1 (0,008 0,002)
Па
МПа
σ
⋅
⋅
=
+
⋅
≈
⋅
=
−
⋅
−
16
1 160
МПа
МПа
< ⋅
Напряжение материала корпуса над опорой:
2
2
2
6
1,275
[ ]
4(
)
(
)
M
P D
S C
К D S C
σ
ϕ σ
⋅
=
+
⋅
≤ ⋅
−
⋅
⋅ −
(3.13)
6
6
2
2
0,2 10 1
28978
1,275
49,5 10
50
4(0,008 0,002)
0,15 1 (0,008 0,002)
Па
МПа
σ
⋅
⋅
=
+
⋅
≈
⋅
=
−
⋅ ⋅
−
50
1 160
МПа
МПа
< ⋅
Все условия прочности выполняются.
Напряжение среза в опорном сечении обечайки:
7
2
0,8 [ ]
(
)
n
Q
К
D S C
τ
σ
=
⋅
≤
⋅
⋅ −
(3.14)
По [4], с.297 находим K
7
≈ 0,88.
6
38304
2 0,88
11,2 10
11
1 (0,008 0,002)
Па
МПа
τ = ⋅
⋅
=
⋅
=
⋅
−
11
0,8 160
МПа
МПа
<
⋅
11
128
МПа
МПа
<
Условие выполнено.
Напряжение растяжения в выпуклом днище:
3
9
2
1,25 [ ]
4(
)
(
)
n
P D
Q
К
S C
D S C
σ
σ
⋅
=
+ ⋅
≤
⋅
−
⋅ −
(3.15)
По [4], с.297 находим K
9
≈ 0,34.
6
6
3
0,2 10 1
38304
2 0,34
17,8 10
18
4(0,008 0,002)
1 (0,008 0,002)
Па
МПа
σ
⋅
⋅
=
+ ⋅
=
⋅
=
−
⋅
−
18
1,25 160
МПа
МПа
<
⋅
18
200
МПа
МПа
<
Условие выполнено.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
36
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
Кольцевые напряжения в нижней точке опорного сечения:
5(1)
10
[ ]
(
)
e
Q
К
S C l
σ
ϕ σ
=
⋅
≤ ⋅
−
⋅
(3.16)
где l
e
- эффективная длина обечайки в сечении над опорой, м;
1,1
(
)
e
l
B
D S C
= +
⋅ −
(3.17)
где B - ширина седловой опоры, B = 250мм = 0,25м.
0,25 1,1 1 (0,008 0,002) 0,329
e
l
м
=
+
⋅
−
=
По [4], с.297 находим K
10
≈ 0,65.
6
5(1)
67200
0,65
18,26 10
18
(0,008 0,002) 0,329
Па
МПа
σ
=
⋅
=
⋅
=
−
⋅
18
1 160
МПа
МПа
< ⋅
Условие выполняется.
Кольцевое напряжение на гребне седловой опоры:
5(2)
11
2
1,5
[ ]
(
)
4
e
Q
S C
K
S C
l
σ
ϕ σ
−
=
⋅
+
⋅
≤ ⋅
−
⋅
(3.18)
По [4], рис.14.20, с.299 находим K
10
≈ 0,0374.
6
5(2)
2
67200
0,008 0,002
1,5 0,0374 101 10
101
(0,008 0,002)
4 0,329
Па
МПа
σ
−
=
⋅
+
⋅
=
⋅
=
−
⋅
101
160
МПа
МПа
<
Условие выполняется.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
37
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры.
Лащинский А.А., Толчинский А.Р., Л., «Машиностроение», 1970 г.,
762стр. табл.476. Ил. 418. Библ.218 назв.
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. П. Г. Романкова .- 10-е изд. перераб. и доп. -Л. -
.Химия, 1987. -560 с.
3 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 дополн. М.: Химия,
1991. – 496 с.
4 Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов:
Справочник/ Под ред. канд. техн.наук А.Р.Толчинского. Л.:
Машиностроение, 1981 – 382 с.
5 Расчёт и конструирование машин и аппаратов химических
производств. Примеры и задачи: Учебное пособие для студентов вузов/
М.Ф. Михалёв, Н.П. Третьяков, А.И. Мильченко, В.В. Зобнин. Под общей
редакцией М.Ф. Михалёва. Л.: Машиностроение, Ленинградское
отделение, 1984. – 301с.,ил.
6 Кузнецов
А.А
и
др. Расчеты
процессов
и
аппаратов
нефтеперерабатывающей промышленности. Л., Химия, 1974 г.
7 Кузнецов А.А., Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов
переработки углеводородных газов. М., Химия, 1983 г.
8 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и
жидкостей. М., Физматгиз, 1963. 708с.
9 Клименко А.П. Получение этилена из нефти и газа. М.,
Гостотехиздат,1962. 236с.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
38
ПОХНП.Т.00.00.00.ПЗ
10 Скобло А.И., Трегубова И.А., Егоров Н.Н. Процессы и аппараты
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.,
Госптоптехиздат, 1962. 652с.
11 Семенова Т.А. и др. Очистка технологических газов. М., Химия, 1977.
488с.
12 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.
9-е изд., перераб. М., Химия, 1973. 784с.
Информация о работе Кожухотрубчатый конденсатор изопентановой колонны газофракционирующей установки