Задание  для курсового проектирования

   Введение 

1. Технологическая часть

1. Теоретические основы теплообмена

2.  Назначение и классификация теплообменных аппаратов

1.3 Описание технологической схемы 

1.4 Техника безопасности при обслуживании оборудования 

2. Расчетная часть

2.1Технологический расчет 

2.2 Конструктивный расчет 

2.3 Гидравлический расчет 

2.4 Подбор центробежного  насоса 

3. Экономическая часть  

Выводы

Список использованной литературы 
 
 
 
 

КР  2-480102.023.013 П3

 
Введение

Промышленная  революция оказала большое влияние  на развитие лакокрасочной промышленности. Возрастающее применение железа и стали в строительстве и технике обусловило потребность в противокоррозионных грунтовках, которые бы замедляли или предотвращали ржавление и коррозию. В связи с этим были разработаны свинец- и цинксодержащие краски. Одна из простейших красок на основе свинцового сурика , диспергированного в льняном масле, является по- прежнему, вероятно, одной из лучших противокоррозионных грунтовок для конструкционной стали. Свинецсодержащие  краски постепенно вытесняются не потому, что были разработаны лучшие, а из- за их токсичности. Ускорение научно – технического прогресса, начиная  с  XVIII  в. до настоящего времени, оказало растущее влияние на производство лаков и красок.  Берлинская лазурь – первый искусственный пигмент, химизм получения которого был понят в 1702 г. Использование скипидара  в качестве растворителя красок впервые описано в 1740 г. Металлические  сиккативы для ускорения высыхания растительных масел начали применять в 1840 г. Основа   химии формальдегидных смол заложена в период между 1850 и 1890 гг., хотя они не применялись в красках вплоть до двадцатого века.  Подобно этому в 1877 г. было открыто, что нитроцеллюлозу можно сделать безопасной  для применения в качестве пластиков или пленок путем пластификации ее камфарой, однако только после первой мировой войны ее начали использовать в значительных количествах в производстве  красок. Настоятельная   необходимость их применения была вызвать массовым производством автомобилей. Огромные количества нитроцеллюлозы производили для взрывчатых веществ во время войны. В конце войны с уменьшением потребности во взрывчатых веществах для нитроцеллюлозы необходимо было найти другое применение, массовое производство автомобилей обеспечило необходимый рынок. Война ускорила использование открытий химии и рост химический промышленности. Появились новые цветные синтетические пигменты и красители, а в 1918 г. начали использовать новый белый пигмент, диоксид титана, который должен быть полностью заменить свинцовые белила. Диоксид титана при первоначальном применении в красках повысил белизну и укрывистость, или кроющую способность красок, однако он же вызвал более быстрое разрушение лакокрасочных  покрытий вследствие его фотоактивности. Последующие исследование позволили преодолеть эту проблему и разработать современные пигментные  формы диоксида титана, которые можно применять в любых лакокрасочных композициях без опасения ухудшить эксплуатационные свойства покрытий.                                                                                                                                   
 
 
 
 

КР  2-480102.023.013 П3

1. Теоретические основы теплообмена

      Существуют два основных способа проведения тепловых процессов: путём непосредственного соприкосновения теплоносителей и передачей тепла через стенку, разделяющую теплоносители.

      При передаче тепла непосредственным соприкосновением теплоносители обычно смешиваются друг с другом, что не всегда допустимо; поэтому данный способ применяется сравнительно редко, хотя он значительно проще в аппаратурном оформлении.

      При передаче тепла через стенку теплоносители не смешиваются, и каждый из них движется по отдельному каналу; поверхность стенки, разделяющей теплоносители, используются для передачи тепла и называется поверхностью теплообмена.

      Различают установившийся и неустановившийся процессы теплопередачи. При установившемся (стационарном) процессе температуры в каждой точке аппарата не изменяются во времени, тогда как при неустановившемся (нестационарном) процессе температуры изменяются во времени. Установившиеся процессы соответствуют непрерывной работе аппаратов с непрерывным режимом; неустановившиеся процессы протекают в аппаратах периодического действия, а также при пуске и остановке аппаратов непрерывного действия и изменении режима их работы.

      Передача тепла от одного тела к другому может происходить посредством теплопроводности, конвекции и лучеиспускания.

      Передача тепла теплопроводностью осуществляется путём переноса тепла при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела. При этом энергия передаётся от одной частицы к другой в результате колебательного движения частиц, без их перемещения друг относительно друга.

Передача тепла  конвекцией происходит только в жидкостях и газах путём перемещения их частиц. Перемещение частиц обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная или принудительная конвекция), либо разностью плотностей жидкости в разных точках объёма, вызываемой неравномерным распределением температуры в массе жидкости или газа (свободная, или естественная, конвекция).

      Конвекция всегда сопровождается передачей тепла  посредством теплопроводности.

КР  2-480102.023.013 П3

      Рассмотренные виды передачи тепла редко встречаются  в чистом виде; обычно они сопутствуют  друг другу (сложный теплообмен). Так  при передаче тепла через стенку перенос тепла от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю осуществляется конвекцией, а через стенку – путём теплопроводности.

      Теплообменными  аппаратами, или теплообменниками, называются устройства для передачи тепла от одних сред (горячих теплоносителей) к другим (холодным теплоносителям). В лакокрасочной промышленности теплообменные аппараты применяются для нагревания и охлаждения веществ в различных агрегатных состояниях, испарения жидкостей и конденсации паров, перегонки и сублимации, абсорбции и адсорбции, расплавления твёрдых тел и кристаллизации, отвода и подвода тепла при проведении экзо- и эндотермических реакций и т. д. соответственно своему назначению теплообменные аппараты называют подогревателями, холодильниками, испарителями, конденсаторами, дистилляторами, сублиматорами, плавителями и т. п.

      Количество  тепла, передаваемого в единицу  времени от одного тела к другому, называется тепловым потоком, и выражается в Дж/сек или Вт, т. е. единицах мощности.

При теплообмене  между теплоносителями происходит уменьшение энтальпии (теплосодержания) горячего теплоносителя и увеличение энтальпии холодного теплоносителя.  

КР  2-480102.023.001 П3

2. Назначение  и классификация  теплообменных аппаратов

     По способу  передачи тепла  различают следующие типы теплообменных  аппаратов:

     - поверхностные,  в  которых  оба теплоносителя разделены стенкой, причем тепло передается через поверхность стенки;

     - регенеративные,  в  которых   процесс передачи тепла от  горячего теплоносителя к холодному разделяется по времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника;

     - смесительные,  в  которых   теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.

     В химической  промышленности  наибольшее распространение получили  поверхностные теплообменники,  отличающиеся разнообразием конструкций, основную группу  которых представляют трубчатые теплообменники,  такие как: кожухотрубные, оросительные, погруженные и "труба в трубе".

     Одним из  самым  распространенным  типом теплообменников являются  кожухотрубные теплообменники. Они представляют из себя пучек труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем развальцовки, сварки, пайки, а иногда на сальниках. Пучек труб расположен внутри общего кожуха,  причем  один  из теплоносителей движется по трубам,  а другой - в пространстве между кожухом и трубами.

     Кожухотрубные теплообменники могут  быть с неподвижной трубной  решеткой или с температурным компенсатором на кожухе,  вертикальные  или горизонтальные. В  соответствии с ГОСТ 15121-79,  теплообменники могут быть двух- четырех- и шестиходовыми по трубному пространству.

      Достоинствами кожухотрубных  теплообменников  являются:  компактность; небольшой расход метала;  легкость очистки труб изнутри,  а недостатками - трудность пропускания теплоносителей с большими скоростями; трудность  очистки межтрубного пространства и трудность изготовления из материалов, не допускающих развальцовки и сварки. Кожухотрубные теплообменники могут использоваться как для нагревания , так и для охлаждения.

В качестве греющего агента в теплообменниках часто используется насыщенный водяной пар имеющий целый ряд достоинств:

- высокий коэффициент  теплоотдачи;

 - большое количество тепла, выделяемое при конденсации пара;

 - равномерность обогрева, так как. конденсация пара происходит при постоянной температуре;   

 - легкое регулирование обогрева

КР  2-480102.023.013 П3

   В смеситель (1), на котором находится чувствительный прибор уровня, подается воздух. Далее через регулирующий клапан, центробежным насосом (2) по трубопроводу ( на котором находится вторичный показывающий и регистрирующий прибор), поступает воздух в кожухотрубный теплообменник (3),в который по трубопроводу подается пар. На этом трубопроводе установлены : чувствительные элементы давления и температуры, регулирующий клапан и вторичный показывающий и регулирующий прибор.

    Затем  из кожухотрубного теплообменника (3), по трубопроводу ,через регулирующие клапана часть пара идет на конденсат, а вторая часть поступает в сточные воды.

    Нагретый  воздух по  трубопроводу на котором установлены чувствительные элементы температуры и счетчик воздуха , поступает в смеситель (4), на котором установлен чувствительный элемент уровня, откуда центробежным насосом (5), через регулирующие клапана , выходит из смесителя.

КР 2- 480102.023.013 П3

4. Техника безопасности при  обслуживании оборудования

В соответствии с ГОСТ  12.2.003-91 «ССТБ Оборудование производственное. Общие требования безопасности»:

• материалы конструкции производственного оборудования не должны оказывать  опасное и вредное воздействие на организм человека на всех заданные режимах работы и предусмотренных условиях эксплуатации, а также создавать пожара- взрывоопасные ситуации;
• конструкция производственного оборудования и его отдельных частей должна исключать возможность их падения, опрокидывания и самопроизвольного смещения при всех предусмотренных условиях эксплуатации и монтажа ( демонтажа). Если из-за формы  производственного оборудования распределение масс отдельных его частей и (или) условий монтажа( демонтажа) не может быть достигнута необходимая устойчивость, то должны быть предусмотрены средства и методы закрепления, о чем эксплуатационная документация должна содержать соответствующие требования;
• элементы конструкции производственного оборудования не должны иметь острых углов, кромок, заусенцев и поверхностей с неровностями, представляющими опасность травмирования рабочих , если их наличие не определяется функциональным назначением этих элементов. В последнем случае должны быть предусмотрены меры защиты работающих;
• части производственного оборудования (в том числе трубопроводы, гидро-, паро-, и пневмосистемы, предохранительные клапаны, кабели и т.д), механическое повреждение которых может вызвать возникновение опасности , должны быть защищены ограждениями или расположены так, чтобы предотвратить их случайное повреждение работающими или средствами технического обслуживания;
• конструкция производственного оборудования должна исключать самопроизвольное ослабление или разъединение сборочных единиц и деталей;

КР  2-480102.023.013 П3

• конструкция производственного оборудования, приводимого  в действие электрической энергией, должна включать устройства (средства) для обеспечения электробезопасносности;
• производственное оборудование, действующее с помощью неэлектрической энергии ( гидравлической, пневматической, пара), должно быть выполнено именно так, чтобы все опасности, вызываемые этими видами энергии, быть исключены;
• конструкция производственного оборудования должна исключать опасность, вызываемую разбрызгиванием горячих обрабатываемых и (или) используемых при эксплуатации материалов и веществ;
• трубопроводы, шланги, провода, кабели и другие соединяющие детали и сборочные единицы должны иметь блокировку в соответствии с монтажными схемами;
• Пожары и загорания на теплообменных аппаратах возникают главным образом в результате образования неплотностей и повреждений при чрезмерном повышении давления, температурных деформациях и коррозии;
• Повышенное давление в теплообменном аппарате может образовываться при отсутствии контроля и регулирования подачи нагреваемого продукта, образовании пробок в трубках или в линии за теплообменником из-за отложений, неправильной регулировке подачи теплоносителя;
• Неравномерные температурные деформации в теплообменном аппарате возникают в результате разности температур нагрева конструктивных элементов, жёстко связанных между собой. Для предотвращения опасных температурных деформаций ограничивают длину теплообменников, а при превышении безопасной длины в конструкции теплообменников предусматривают температурные компенсаторы (плавающая головка, сальниковое устройство и др);

КР  2-480102.023.013 П3

• Фундаменты  для теплообменных аппаратов  выполняют из негорючих и огнестойких материалов. Если теплообменники размещают на металлических конструкциях, то их защищают термоизоляцией или обкладывают у основания бетоном. Теплообменники ограждают у основания сплошной негорючей стеной высотой не менее 0,3 м, или кольцевым кюветом на расстоянии 0,5 м от выступающих частей аппаратуры.

Основные правила  ведения технологического процесса: 

      Безопасная работа зависит от квалификации и внимательности работающего персонала, а также от строгого соблюдения производственных инструкций и требований настоящего регламента.

      К работе допускаются только те лица, которые прошли необходимую подготовку, сдали экзамены на допуск к рабочему месту и прошли инструктаж по охране труда и промышленной безопасности, стажировку не менее 10 смен.

     Все действующие инструкции и положения по охране труда и промышленной безопасности должны быть в наличии, знание и их соблюдение персоналом должны постоянно контролироваться.

     Работать разрешается только на исправном оборудовании, на исправных коммуникациях, арматуре и приборах КИП.

     Систематически следить за исправностью и включением в работу приборов контроля и автоматики, систем сигнализации и автоматических блокировок. Постоянно следить за исправностью и работой сигнализаторов взрывоопасных концентраций. Не допускать загазованности территории и помещений.

Следить за работой  насосов, своевременно устранять пропуски торцовых уплотнений и фланцевых  соединений. Систематически контролировать работу предохранительных клапанов. Отбор проб осуществлять через специальные вентили с помощью герметизированных пробоотборников.

Перед началом  смены производить осмотр обслуживаемого блока, проверять:

- чистоту и  порядок на рабочем мест, в  производственных вентиляционных  и складских помещениях;

- исправность  оборудования, коммуникаций, аппаратов, приборов КИПиА;

- средства пожаротушения  и газозащиты;

- наличие и  исправность ограждений, предохранительных  клапанов, блокировочных и сигнализирующих  устройств, средств индивидуальной  и групповой защиты;

- состояние проходов, переходов, площадок, лестничных устройств.

КР  2-480102.023.013 П3

Расчетная часть

2.1 Технологический расчет

1.Определение  тепловой нагрузки аппарата:

               Q=G₂ *c₂ (t_2H – t_2K)                                                                           (2.1)

где   

          G₂ = 20*10^-3 *3600 = 72 – массовый расход воздуха

          c₂ = 1007,1  Дж/ кг*К- теплоемкость воздуха

              Q=72*100,71(100 – 20 )=5800896 Вт 

2. Расход воды  определяем из уравнения теплового  баланса:

              G₁=Q/r                                                                                                (2.2) 

где  r = 2144 кДж/ кг – теплота конденсации пара при давлении  0,35 МПа 

             G₁=21534/2144=10,04 

3.Определение средней разности температур при противоточном движении теплоносителей: 

∆t_б = t_2K – t_2H = 138,7 – 30 = 108,7⁰C                                                           

∆t_м = t_2К – t_2Н = 138,7 – 95  = 43,7⁰С

т.к   ∆t_б/∆t_м = 108,7 /43,7 = 2,48 > 2 , то средняя разность температур равна:

∆t_cp = (∆t_б - ∆t_м ) / ln (∆t_б/∆t_м) = (108,7- 43,7) / ln (108,7 / 43,7) = 71,4⁰C     

4. Определение режима движения теплоносителя в трубах.

  По формуле определяем, какое число труб диаметром 20× 2 мм потребуется на один ход в трубном пространстве при турбулентном режиме движения.  

            n= G₁ / (0,785* µ₁* d_вн Re)                                                                       (2.3) 

 где d_вн – внутренний диаметр трубок

        µ₁ = 0,143*10^-3 – вязкость хлорида кальция при  138,7 ⁰С

            n= 4 *10,04 / ( 0,143* 10^-3 *0,021* 15000) = 284 

КР  2-480102.023.001 П3

Уточняем значение критерия Рейнольдса: 

             Re = G₁ / 0,785 * µ₁ *d_вн *n                                                                  (2.4)

             Re = 10,04 / 0,785 * 0,143* 10^-3 * 0,016 * 316 = 17544

  Следовательно,  режим движения хлорида кальция  – турбулентный 

5. Критерий Прандтля  для хлорида кальция при средней  температуре 62,5⁰С 

             Pr = µ₁ * c₁ / λ₁                                                                                      (2.5)

 где  λ₁ = 0,688 – теплопроводность 

             Pr = 0,143*10^-3  * 4403/0,688 =0,92 

Тогда

             α₁ = λ₁ / d_вн * d_вн * Re^0,8 * Pr^0,43                                                             (2.6) 

             α₁ = 0,688 / 0,016 * 0,016 * 17544^0,8 * 0,92^0,43 = =1641,3 Вт /(м²* К) 

  6. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде

Критерий Прандтля для пара равен 3,0

Определяем скорость движения пара в межтрубном пространстве :   

            w_n = G₂ / [ρ₂ * 0,785 * (0,6² - n * d²)]                                                    (2.7) 

            w_n = 79,2 / [ 1210 * 0,785 (0,6²  - 316 * 0,020² ) = 0,4 м / с

Для определения  критерия Рейнольдса находим значение d_э :

            d_э  = D² – n * d² / D + n*d                                                                        (2.8) 

            d_э = 0,6² – 316 * 0,020² / 0,6 + 316 * 0,020 = 0,3216 м

Критерий Рейнольдса:

           Re = w_n * d_э * ρ₂ / (µ₂ * 10^-3)                                                                    (2.9) 

           Re = 0,4 * 0,3216 *1210 / 466,5 *10^-3 = 334 

Следовательно, режим движения – переходный. 

Для достижения турбулентного режима движения воды в межтрубном пространстве теплообменника необходимо увеличить скорость движения воды, для чего нужно установить перегородки.

КР  2-480102.023.001 П3

     Принимаем  величину критерия Рейнольдса  равной 10 000.

Определяем по формуле значение критерия Нуссельта: 

          Nu = 1,72 (d_e  * 10 000)^0,6 * Pr^0,33                                                         (2.10)

          Nu = 1,72 ( 0,3216 * 10 000)^0,6 * 0,92^0,33 = 213

Коэффициент теплоотдачи  от стенки к охлаждающей воде : 

          α₂ = Nu * λ₂ / d_э                                                                                     (2.11)

          α₂ = 213 * 0,650 / 0,3216 = 431

Термическое сопротивление  со стороны хлорида кальция r₃₁ = 1/ 5800 м²* К/Вт; со стороны воды   r₃₂ = 1/2500 м²* К/Вт;

Трубы теплообменника выполнены из нержавеющей стали, коэффициент теплопроводности которой  λ_ст = 17,5 Вт /(м*К)

Коэффициент теплопередачи: 

         К = 1/ (1/ α₁) +(0,002/ 17,5) + (1/ 5800) + (1/ 2500) + (1/ α₂)             (2.12) 

         K = 1 / (1/1641,3) + (0,002 / 17,5) + ( 1/5800 ) + ( 1/2500) + (1/431) =

         =416,7 Вт /(м²*К)

При наличие  перегородок  в межтрубном пространстве устанавливается многократный перекрестный ток движения теплоносителей.

Для определения  коэффициента ε_∆t необходимо определить коэффициенты P и R 

         Р = t_2K – t_2H / t_1H – t_2H = 95 – 30 / 138,7 – 30 = 0,59;                              (2.13)

         R = t_1H – t_1K / t_2K – t_2H = 138,7 / 95 – 30 = 2,13;                                     (2.14) 

При этих значениях  Р и R коэффициент ε_∆t равен 0,94

Таким образом, средний температурный напор  равен: 

         ∆t_ср = ε * ∆t_ср = 0, 94 * 71,4 = 67,12⁰С                                                  (2.15) 

Требуемая площадь  поверхности теплопередачи определяется по формуле: 

         F = Q / (K * ∆t_ср )                                                                                    (1.16)

         F = 21534 / 416, 7 * 67, 12 = 0, 77 м²

Кожухотрубные теплообменники  ГОСТ 15118-79, ГОСТ 158120-79, ГОСТ 15122-79.

Площадь теплообмена 60 м², диаметр корпуса 600 мм, диаметр труб 20×2 мм, длина труб 3м, число труб 316, число сегментных перегородок -8, число труб по диагонали шестиугольника – 21.

Схема соединения теплообменников – последовательная.

КР 2-480102.023.001 П3

      100 (60· 6 – 0,77) : 0,77 = 46,6 % 

Число ходов  в межтрубном пространстве

      Z= 8 + 1 = 9 

Площадь сечения 1 хода межтрубного пространства

      f = ( 3: 9) (0,6 – 21 · 0,02) = 0,059 м² 

Уточняем скорость движения пара в межтрубном пространстве

      w_n = G₂ / (ρ₂ * f )                                                                                           (2.17)

      w_n  = 79,2 / 1210 * 0,059 = 1,11 м/с 

Критерий Рейнольдса :

      Re = d_вн * d_э * ρ₂ / µ₂                                                                                  (2.18)

      Re = 0,20 * 0,3216 * 1210 / 466,5 * 10^-3 = 167 

Критерий Нуссельта : 

     Nu = 1,72 ( 0,3216 * 167 )^0,6 * 3^0,33  = 27                                                     (2.19) 

Коэффициент теплоотдачи:

     α = Nu * λ₂ / d_э                                                                                              (2.20)

     α = 27 * 0,650 / 0,3216 = 55 Вт/м²*К 

Коэффициент теплопередачи: К = 340,7 Вт/м²*К

Площадь поверхности  теплообмена:

     F = Q / (K * ∆t_ср )                                                                                          (2.21)

     F = 21534 / (340,7 * 67,12) = 0,94 м² 

Запас площади поверхности теплообмена:

    100 ( 60 * 6 – 0,94) / 0,94 = 38% 
 

КР 2-480102.023.001 П3

1)Толщина обечайки: 

       δ  = DP: 2 σ ·φ + C_k                                                                                     (2.21) 

   где  D = 0,6 м – внутренний диаметр аппарата

          Р = 1,0 МПа – давление в аппарате

         σ = 138 МН/м² – допускаемое напряжение для стали

         φ = 0,8 – коэффициент ослабления  из- за сварного шва

         С_к = 0,001 м – поправка на коррозию  

      δ = 0,6 · 1,0 : 2 · 138 · 0,8 + 0,001 = 0,002 м

Теплообменник изготавливается из труб диаметром 600×12, таким образом толщина обечайки δ=12мм 

2)Днища

Наибольшее распространение  в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533- 78, толщина стенки днища δ₁ = δ = 12мм 

3)Штуцера

Штуцер для  хлорида кальция в межтрубном пространстве равен 200

Штуцер для  пара в трубном пространстве равен 100 
 
 
 
 
 
 
 
 

КР 2-480102.023.001 П3

1)Скорость хлорида  кальция в трубах

         W_тр = G₂ : S_тр ·ρ₂                                                                                   ( 2.22)

S_тр = 3,7 · 10^-2 м²

         W_тр = 79,2 : 3,7 · 10^-2 ·1210 = 1,77 м

2)Коэффициент трения

          λ = 0,25 (  lg [ e / 3,7 + ( 6,81 / Re_tp )^0,9] )^-2                                          ( 2.23)

e – относительная шероховатость труб, мм

          е = ∆ / d_вн

∆ = 0,2 – высота выступов шероховатостей, мм

          е = 0,2 / 0,016 = 12,5 мм

          λ= 0,25 ( lg [ 12,5 / 3,7 + ( 6,81 / 6886 )^0,9 ] )^-2 = 0,23

3)Скорость хлорида  кальция в штуцерах 

          W_{тр. ш}    = G₂ · z / ( π · d_{тр ш} ²  · ρ₂)                                                        ( 2.24)

          W_{тр. ш}    = 79,2 · 6 / ( 3,14 · 100² · 1210 ) = 1,25

4)Гидравлическое  сопротивление  трубного пространства

           ∆р_тр = λ ( L · z / d_тр ) (W_тр² · ρ₂ / 2) + ( 2,5 ( z-1) + 2z) · ( ρ₂ · W_тр² / 2) +                          + 3 ( ρ₂ ·  W_{тр. ш} ² / 2 ) = 0,23 ( 3· 6 / 100) ( 1,25² · 1210 / 2 ) + ( 2,5 ( 6- 1) + 2· 6) ×               ×( 1210 · 1,25² / 2) = 26076,3

5) Скорость пара в штуцерах

           W_{мтр ш} = G₁ / ( π·d_мтр² · ρ₂ )                                                                   ( 2.25)

          W_{мтр ш} = 10,04 / ( 3,14 · 200² · 1210 ) = 6,61

6)Скорость пара  в наиболее узком сечении межтрубного  пространства

          S_мтр = 4,8 · 10^-2

         W_мтр = G₁ / ( S_мтр · ρ₁ )                                                                            (2.26)

         W_мтр = 10,04 / ( 4,8 · 10^-2 · 958 ) = 0,22

7)Сопротивление  межтрубного пространства

          ∆р_мтр = (3m ( x + 1) / Re_мтр^0,2 ) ( ρ₁ · W_мтр² / 2) + 1,5х (ρ₁ · W_мтр² / 2) +                        + 3( ρ₁ · W_мтр² / 2)                                                                                             (2.27)

где  m – число рядов труб преодолеваемых потоком теплоносителя в межтрубном пространстве

       m = 0,5 b

где  b- число труб по диагонали шестиугольника

       m = 0,5 · 21 = 10,5

      Re_мтр = G₁ · d_н / (S_мтр · µ₁)

       Re_мтр = 10,04 · 0,02 / 0,048 · 0,143· 10^-3 = 2925,4

где  S_мтр = 4,8 · 10^-2 

      ∆р_мтр = ( 3· 10,5( 6+1) / 2925,4^0,2 ) ( 958 · 0,22² / 2) +1,5·6( 958 · 0,22² / 2)+ 3( 958 × ×0,22² / 2) = 62785,5

КР 2-480102.023.001 П3

Объемный расход пара и напор развиваемый насосом

        Q₁ = G₂ / ρ₂                                                                                                   (2.28)

        Q₁ = 79,2 / 1219 = 0,065 м³ / с

        Н = ∆р_тр / ρ₂ · g · h

        H = 26076,3 / 1210 · 9,8 + 3 = 2,19 м

По объемному  расходу и напору выбираем центробежный насос Х 280 / 29, для которого Q = 8 · 10^-2 м³ /с и Н = 21 м  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КР 2-480102.023.001 П3

3. Экономическая часть

1) Масса труб

         М_тр = π · d_ср · δ_гр · L · n · ρ_ст                                                            (3.1)

         М_тр = 3,14 · 0,0018 · 0,002 · 316 · 3 · 7850 = 84

2)Доля массы  труб от массы всего аппарата

         С = ( М_тр / М ) 100                                                                          (3.2)

         С = ( 84 / 1970) 100 = 4,3 %

Цена единицы  массы теплообменника из нержавеющей  стали равна 2,50 руб / кг

3)Стоимость теплообменника

        Ц_т = М · Ц_н                                                                                       (3.3)

        Ц_т = 1970 · 2,50 =4925 руб 

Стоимость энергоресурсов на 1 тонну готовой  продукции 

1)Энергетические  затраты на прокачивание хлорида  кальция по трубам

КПД насосной установки

      η = η_п · η_пер                                                                                        (3.4)

      η= 0,78 · 0,95 = 0,741

      N₁= ∆р_тр · G₂ / η · ρ₂ · 1000                                                                (3.5)

      N₁ = 26076,3 · 79,2 / 0,741 · 1210 · 1000 = 2,3

2) Энергетические  затраты на прокачивание пара по межтрубному пространству

      N₂ = ∆р_мтр · G₁ / η · ρ₁ · 1000                                                             (3.6)

      N₂ = 64031,24 · 10,04 / 0,741 · 958 ·1000 = 0,91 

Приведенные затраты  равны:

П= 0,3 · 4525 + ( 2,3 + 0,91 ) 0,02 · 8000 = 1871 

КР 2-480102.023.001 П3

    В данной курсовой работе произведены теплотехнический, гидравлический и конструктивный расчеты теплообменников. На основании этих данных было подобрано следующее оборудование для проведения процесса нагревания хлорида кальция:

- диаметр кожуха 600 мм

- число труб 316

- длина труб 3 м

- поверхность  теплообмена 60 м² 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КР 2-480102.023.001 П3

1. Павлов  К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия , 1987, 576 с.

2.       Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по   

          проектированию/ Под ред. Ю. И. Дытнерского . М.: Химия , 1991. 517 с.  

3.      Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973. 

4.        Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической

           технологии: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991. – 352 с . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КР 2-480102.023.001 П3

     Выбрать тип, рассчитать и подобрать кожухотрубный теплообменник для подогрева 20 % раствора хлорида кальция от 30⁰С до 95⁰С. Расход  раствора  хлорида  кальция 22 · 10^-3 кг / час.

     При средней температуре равной 62,5⁰С раствор имеет следующие характеристики:

ρ₂ = 1210 кг / м³

с₂ = 4,183 Дж / (кг·К)

λ₂ = 650,7 Вт /( м· К )

µ₂ = 466,5 · 10^-3 Па ·с

Pr =3,0

     Для  подогрева используется насыщенный  водяной пар давлением 0,35 МПа,  температура конденсации равна 138,7⁰С

ρ₁ = 958 кг / м³

с₁ = 4403 Дж / (кг·К)

λ₁ = 0,688 Вт /( м· К )

µ₁ = 0,143 · 10^-3 Па ·с

r = 2144 кДж / кг 
 

КР 2-480102.023.001 П3

КР 2-400201.002.000 П3

КР 2-400201.002.000 П3

КР 2-400201.002.000 П3