Кожухотрубный теплообменник

  δмин = ,м

   Минимальная толщина стенки  кожуха при Dк = 325 мм равна 4 мм [4] принимаем С2 = 0,002 м.

δмин = 0,002 + 0,002 = 0,004 м.

 

6.2. Толщину днища и крышки  принимаем равной толщине стенки  обечайки, то есть 0,004 м.

                       

                                                                                                          

 

 

 

D=325  мм; h = 20 мм; hв = 80 мм;    S = 4 мм

Рис.3. Эскиз крышки

 

6.3. Проверка внутреннего диаметра  кожуха

Выбираем способ размещения трубок в трубной решетке по вершинам правильных равносторонних треугольников.

Шаг между трубками для труб диаметром 20 мм ориентировочно принимаем равным:

Рис. 4. Размещение труб в трубной решетке

  1,25 dн = 1,25·20 = 25 мм (0,025 м)                       

Согласно [1] минимальный (без учета перегородок) внутренний диаметр кожуха равен:

DВн = t·(b - 1) + dн + 2· (t - dн) ,

где DВн – внутренний диаметр кожуха, b – число трубок на диагонали шестиугольника, определяемое из выражения:

→→

DВн = 0,025·(11 - 1) + 0,02 + 2· (0,025-0,02) = 0,280 м.

Фактический диаметр кожуха 325 мм.

82 теплообменных  трубки  наружным  диаметром 20 мм  разместится в  кожухе диаметром 325 мм по вершинам  равносторонних треугольников при  наличии перегородок между ходами. Схема размещения труб показана на рис. 4.

6.4. Расчет диаметра штуцеров

Расчет диаметра штуцеров производим по формуле:

,

где d – внутренний диаметр штуцера, м; G – массовый расход среды, кг/с; ρ – плотность среды, кг/м3; w – скорость потока, м/с.

Диаметр штуцеров для раствора щелочи.

Принимаем скорость раствора  в штуцере в пределах 1-3 м/с

, принимаем 50 мм

Диаметр штуцера для водяного пара  (ρ = 4,075 кг/м3; w = 10 -30  м/с )

 принимаем 100 мм

Диаметр штуцера для конденсата (ρ = 897 кг/м3; w = 1 м/с )

, принимаем 0,032м

6.6. Фланцы на штуцера принимаем стальные приварные по ГОСТ 1255-67

Размеры фланцев [3] показаны в таблице.

 

Рис. 5. Эскиз Фланца

Условный проход штуцера	Dф	D1	Dб	dб/z	h
Вход водяного пара , d=100 мм, Ру = 0,8 МПа	205	148	170	18/4	11
Выход конденсата d=32   мм, Ру=0,8  МПа	120	70	90	14/4	10
Вход и выход раствора d= 50 мм, Ру=0,1 МПа	140	90	110	14/4	10

 

6.7.Подбор опор аппарата.

Опоры выбираем по весу аппарата, полностью заполненного водой.

Вес аппарата с водой:

G = + Vапп·ρв,

где - вес аппарата в сборке; = 575 кг [4,c. 56, табл.2.8.]

Vапп- полный объём аппарата, включая объёмы трубок и межтрубного пространства, крышки и днища.  Vапп = 0,785D2 ·lтр.+ Vкр. + Vдн , м3.

Vкр. и Vдн  - соответственно объёмы крышки и днища аппарата, из таблиц [3, с.117]:  Vдн = Vкр =  0,006 м3; .

  Vапп = 0,785·0,3252 ·2 + 2∙0,006. = 0,178 м3.

G = 575 + 0,178·1000 = 753 кг (7,6 кН).

 Выбираем опоры для вертикального  аппарата в количестве 2 шт , тип 1 [3, стр. 275] . Нагрузка на одну опору 4 кН.

Размеры опоры (рис. 3): а = 75, а1 = 95, b = 95, h = 140, h1=10,K = 15,

K1= 25, dб = М12.

                            Рис.6. Эскиз опоры

 

7. Гидравлический расчет теплообменника.

Гидравлический расчет теплообменника  проводим только для трубного пространства. Он заключается в определении гидравлического сопротивления  при движении раствора щелочи  в трубках теплообменника.

Трубное пространство

= 0,083                         

где  Qв – объёмный расход кислоты, м3/с; Qв=G2/ρ =4,157/1041 = 0,004 м3/с; l = 2 – длина теплообменной трубки, м; n – число труб в одном ходе; m- число ходов; ∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений для трубного пространства, ∑ζшт - сумма коэффициентов местных сопротивлений для штуцеров. Для четырех ходового  теплообменника

∑ζ =    (m-1)ζпов.180 + m(ζвх.тр. + ζвых.тр.) + 2ζпов.90

где     ζпов.180 – коэффициент м.с. для поворота на 180о между ходами теплообменника, ζпов.180 = 2,5; ζпов.90 – коэффициент м.с. для поворота на 90о во входной и выходной камерах теплообменника, ζпов.90 = 1,25; ζвх.тр. и ζвых.тр. – коэффициенты м.с. для входа и выхода в трубках теплообменника, ζвх.тр.= 0,5; ζвых.тр = 1 [1,2].

                  ∑ζ = 3·2,5 + 4·(0,5+1) + 2·1,25= 16

   ∑ζшт =   (ζвх )шт + (ζвых)шт ,

где    (ζвх) шт – коэффициент м.с. для входа в штуцер, (ζвх) шт = 0,5;(ζвых)шт – коэффициент м.с. для выхода из штуцера,

              ∑ζшт = 0,5 + 1 = 1,5; 

Шероховатость стальных  труб (нержавеющая сталь) е = 0,1 мм [4, c.14];

 Re =21255

500d/e = 500 ·0,016/0,0001 = 80000 >Re  = 21255

20d/e = 20 ·0,016/0,0001 = 3200 < Re  = 21255

  Для определения коэффициента трения в трубках теплообменника примем формулу:

                     

                             

=0, 083 Па                        

                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Расчет тепловой изоляции.

 

Целью расчёта является определение толщины слоя тепловой изоляции, необходимой для достижения температуры её наружной поверхности.

Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции и от наружного слоя изоляции в окружающую среду.

 

где α – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности тепловой изоляции окружающему воздуху, вычисляется по приближенной формуле [2,c.168]: α = 9,74+0,07Δt, Вт/(м2К);  Δt = tиз.н- t0 = 40-20 = 20 оС.

α = 9,74+0,07·20 = 11,5 Вт/(м2К)

В качестве материала для тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии и 15% асбеста, имеющий коэффициент теплопроводности λиз=0,09 вт/(м·К) [2]

   (50 мм)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А.  Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. М – Л.: Химия, 1987.
2. Лебедев В.Я. и др. Расчет и проектирование теплоиспользующего оборудования. Учебное пособие. Иваново 1992.
3. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. – Л.: Машиностроение, 1981.

4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского. 2-е изд. М.: Химия, 1991.

5. Справочник азотчика. 2-изд. перераб. –М.: Химия, 1987. 464 с.

6. Теплофизические свойства газов, растворителей и растворов солей: Справочник / Сост. Шадрина Е.М. и др. Иваново 2004.

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