В соответствии с данными таблицы 4 принимаем теплообменник с подходящей площадью поверхности F м2.
2. Гидравлический расчёт аппарата
Расчет гидравлических сопротивлений необходим для определения затрат энергии на перемещение жидкостей, паров или газов и подбора машин, используемых для их перемещения: насосов, компрессоров и т. д.
Гидравлические сопротивления обусловлены сопротивлением трения и местными сопротивлениями, возникающими при изменениях скорости потока по величине или направлению.
Для расчёта сопротивления теплообменника по потоку смеси найдём её скорость в штуцерах:
(2..1)
где dш – диаметр штуцера, выбранный по таблице 4.
Потери давления в местных сопротивлениях рассчитаем по формуле:
(2..2)
Где ζi – коэффициенты местных сопротивлений (таблица 2).
Коэффициент трения в прямолинейном канале при значении Reсм<2300 составит:
64/ Reсм (2.3)
А при Reсм > 10000 составит:
(2..4)
где ∆ = 0,025 мм – абсолютная шероховатость.
В этом случае коэффициент трения в спиральном канале составит:
(2..5)
Определяем потерю давления смеси на гидравлическое трение:
(2..6)
Общее сопротивление теплообменника по потоку смеси составит:
(2..7)
Где 
1 и 2 – сумма потерь давлений при входе и выходе смеси из теплообменника.
Определяем давление создаваемое насосом:
(2.8)
Для расчёта сопротивления теплообменника потоку воды найдём её скорость в штуцерах:
(2..9)
Потери давления в местных сопротивлениях рассчитаем по формуле:
(2..10)
Коэффициент трения в прямолинейном канале при значении Reв<2300 составит:
64/ Reв (2..11)
А при Reв > 10000 составит:
(2..12)
где ∆ = 0,025 мм – абсолютная шероховатость.
В этом случае коэффициент трения в спиральном канале составит:
(2..13)
Определяем потерю давления воды на гидравлическое трение:
(2..14)
Общее сопротивление теплообменника по потоку воды составит:
(2..15)
Где 1 и 2 – сумма потерь давлений при входе и выходе воды из теплообменника.
Руководствуясь вышеизложенным окончательно принимаем спиральный теплообменник.
Рис. 1: Спиральный теплообменник
а – общий вид;
б – уплотнение с торцов лент в аппаратах с тупиковыми каналами; в – уплотнение с торцов лент в аппаратах со сквозными каналами;
1,2 – ленты, свёрнутые в спираль;
3 – крышка; 4 – прокладка; 5 – дистанционные проставки.
3. Механический расчёт
3.1. Выбор материала.
Руководствуясь общими принципами выбора материалов и учитывая максимальную рабочую температуру, давление и среднюю коррозионность среды, выбираем сталь обыкновенного качества ВСт3сп. Выписываем ее основные характеристики:
1. σт − предел текучести, МПа.
2. σв − предел прочности, МПа.
При t = 315 ˚C: [σ]315 = 147,7 МПа;
Е315 = 1,88·105 МПа.
3.2. Выбор опор
Выбираем стандартный аппарат 1-25-2-8-3 ГОСТ 12067 – 80 [приложение 4, стр.31]. Вследствие небольшой поверхности теплообмена и компактности спирали спиральные теплообменные аппараты имеют небольшие габаритные размеры: высоту (ширину ленты), ширину. Ввиду этого аппарат находится на опорах, выполненных из прокатного уголка 70×70×7 мм, А-образной формы, выдерживающей нагрузку до 5000 кг.
3.3. Проверка прочности фундамента.
Состояние опорной поверхности аппарата является напряженным при действии максимального веса аппарата.
Максимальное напряжение на опорной поверхности фундаментной рамы определяют по формуле:
(3.1)
где F – опорная площадь фундаментной рамы, м2;
Qап – максимальный вес аппарата, в условиях заполненного обоими теплоносителями аппарата максимально.
(3.2)
b – ширина опоры.
3.4. Толщина стенки аппарата
Толщина стенки находится по формуле:
(3.3)
где Рр – рабочее давление смеси;
Dсп – диаметр наружной спирали;
[σ] – допускаемое напряжение на растяжение для стали.
φ – коэффициент прочности сварного шва, φ = 1,0
С – прибавка на коррозию, С = 0,001 м
3.5. Расчёт крышки.
В условиях спиральных теплообменных аппаратов избыточное внутреннее давление не превышает 10 МПа, поэтому принимаем плоскую круглую фланцевую крышку.
Расчёт таких крышек заключается в определении высоты крышки в месте уплотнения и толщины в средней части. В месте уплотнения высота плоской крышки составит:
(3.4)
где K – коэффициент, К = 0,1;
Рб – расчётное усилие в болтах на растяжение;
σи. д. – допускаемое напряжение на изгиб для материала крышки;
С – прибавка на коррозию.
Расчётное усилие в болтах на растяжение Рб рассчитывается:
(3.5)
где b – эффективная толщина прокладки, b = 0,003 мм;
k = 1 – коэффициент для резины.
Толщину плоской крышки посередине рассчитаем по формуле:
(3.6)
где К = 0,4 – коэффициент конструкции;
φ0 – коэффициент, учитывающий ослабление крышки отверстием, φ0 = =0,85
3.6. Прочностной расчёт фланцевого соединения
Исходя из того, что рабочее давление спирального теплообменного аппарата не превышает максимально допускаемого условного минимального давления стандартного фланца (1 МПа согласно ГОСТ), прочность фланцевого соединения при эксплуатации будет обеспечена без произведения прочностного расчёта.
Dу– условный диаметр фланца;
DФ – диаметр фланца;
Dб – диаметр болтовой окружности;
DS – диаметр втулки фланца;
H – высота фланца;
h – толщина тарелки фланца;
Пример: Рассчитать холодильник спирального типа для охлаждения смеси бензола и толуола при следующих исходных данных: содержание низкокипящего компонента (НКК) в парах, поступающих в холодильник – 95% масс; их количество 10200 кг/час. Среднее давление в аппарате 0,18 МПа (или 1350 мм. рт. ст.). Холодный теплоноситель – вода. Температура смеси начальная 32°С и конечная 20°С, температуру воды принять.
Технологический расчёт аппарата.
1. Средняя температура среды и её теплофизические свойства при этой температуре
Средняя температура среды определяется по формуле (1.1):
где t1 и t2 – начальная и конечная температуры рабочей среды
Свойства рабочей среды при средней её температуре следующие:
Теплоёмкость: 
Ср= 1700,2 Дж/кг·К
Теплопроводность: λр=14,41·10-2 Вт/м·К
Вязкость: μр=0,579·10-3 Па·с
Плотность: ρр=872,2 кг/м3
Критерий Прандтля для рабочей среды определяем по формуле (1.3):
.
2 Выбор теплоносителя и его теплофизические свойства при средней температуре
Выбираем в качестве нагревающего агента воду имеющую начальную температуру θ1=15°С; конечную температуру θ2=20°С.
Средняя температура теплоносителя по формуле (1.4):
;
Свойства воды при средней её температуре следующие:
Теплоёмкость: Св=4190 Дж/кг·К
Теплопроводность: λв=0,593 Вт/м·К
Вязкость: μв=1077,5·10-6 Па·с
Плотность: ρв=998,5 кг/м3
Критерий Прандтля для воды по формуле (1.5) составит:
.
Для подачи рабочей среды в теплообменник выбираем насос марки 2АХ-6 с диаметром колеса Dк=100 мм. Из номограммы (рис. 4.2. приложения [1]) для этого насоса имеем: производительность 15 м3/ч, напор 13м. Давление воды в водопроводной сети 0,15МПа.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
