Кафедра машин та апаратів хімічних та нафтопереробних виробництв

Кафедра машин та апаратів хімічних та нафтопереробних виробництв

Завдання

До курсового проекту

Студентці __ Жученко Ірині Олександрівні ______________________________________

1. Тема проекту: Пластинчатий теплообмінник

2. Термін здачі студентом закінченого проекту: 14 травня 2013 р.

Вихідні дані до проекту: Спроектувати пластинчатий теплообмінник для охолодження бутилового спирту від 60^оС до 35 ^оС з продуктивністю 12 000 кг/год. Для охолодження використати воду з початковою температурою 20^оС.

3. Перелік питань, які мають бути розроблені: 1) Вступ, 2) Призначення та область застосування теплообмінника, 3) Технічна характеристика, 4) Порівняння конструкції теплообмінника з аналогами, 5) Вибір матеріалів, 6) Розрахунки, що підтверджують працездатність та надійність конструкції, 7) Висновки.

4. Перелік графічного (ілюстрованого) матеріалу: теплообмінник пластинчатий – А1,

5. Дата видачі завдання: 14 лютого 2013 р.

Завдання прийняла до виконання студентка групи ХН-02 ___________ Жученко І.О.

^{(підпис, дата)}

Керівник курсового проекту, ст. викладач ____________ Зайцев С.В.

^{(підпис, дата)}

ВСТУП

Теплообмінні апарати різних конструкцій широко застосовують в хімічній, нафтопереробній, харчовій та інших галузях промисловості.

Найбільш прогресивними в цей час є пластинчасті теплообмінні апарати, складальні одиниці та деталі яких повністю уніфіковані і виготовляються переважно штампуванням та зваркою. Це створює можливості економічного масового виготовлення цих апаратів при мінімальній металоємкості.

Пластинчаті теплообмінники застосовуються в системах опалення, гарячого водопостачання, кондиціонування (котеджі, сади, школи, басейни, індивідуальні теплові пункти житлових будинків, центральні теплові пункти групи будинків і мікрорайонів, теплові мережі сільськогосподарських і промислових підприємств). Широке поширення пластинчаті теплообмінники знайшли в харчовій промисловості (пастеризатори або охолоджувачі молока, вина, пива та ін.) Крім того, пластинчасті теплообмінники використовують для різних технологічних процесів (охолодження масла та ін.)

Перед іншими типами теплообмінників у пластинчастих конструкцій є свої переваги. Вони компактні, мають низькі втрати тиску і володіють найбільшим коефіцієнтом теплопередачі.

 

Призначення та область застосування теплообмінника

Пластинчасті теплообмінники являють собою апарати, теплообмінна поверхня яких утворена за допомогою тонких штампованих пластин з гофрованою поверхнею, зібраних у пакети та ущільнених між собою прокладками.

Пластинчасті теплообмінники завдяки високій ефективності теплопередачі забезпечують мінімальну поверхню та використовуються як рекуператори тепла, конденсатори, дефлегматори для теплообміну між робочими середовищами, що перебувають у агрегатному стані рідина-рідина, пара-рідина, пара-газ-рідина, газ-рідина та газ-газ. Апарати виготовляють розбірними та напіврозбірними.

Розбірні та напіврозбірні апарати призначені для роботи під тиском до 1,6 МПа та з температурою робочого середовища від мінус 30 ⁰С до плюс 180 ⁰С.

Зварні пластинчасті теплообмінники можуть працювати під тиском до 4 МПа та з температурою робочого середовища від мінус 150 ⁰С до плюс 400 ⁰С.

Основні типи, параметри і розміри поширених у промисловості пластинчастих теплообмінників виготовляють відповідно до ДСТУ 3949 – 2000. [1]

Технічні характеристики

Порівняння конструкції теплообмінника з аналогами

Процеси теплообміну широко використовуються в хімічній технології. Поверхневі теплообмінники найбільш поширені, а їх конструкції дуже різноманітні. Розглянемо деякі з них.

Теплообмінник типу «Труба в трубі»

Схема апарата представлена на рисунку 2.1.

1 – зовнішня труба; 2 – внутрішня труба; 3 – калач

Рисунок 2.1 – Схема теплообмінника типу «труба в трубі»

 

Будова та принцип роботи. Теплообмінники «труба в трубі» включають декілька розташованих один поверх іншого елементів, причому кожен елемент складається з двох труб: зовнішньої труби 1 більшого діаметру і концентрично розташованої усередині неї труби 2. Внутрішні труби елементів сполучені один з одним послідовно калачами 3. Так само зв'язані між собою і зовнішні труби. Завдяки невеликому поперечному перетину в цих теплообмінниках легко досягаються високі швидкості теплоносіїв як в трубах, так і в міжтрубному просторі. При значних кількостях теплоносіїв теплообмінник складають з декількох паралельних секцій, що приєднуються до загальних колекторів.

Переваги: Високий коефіцієнт теплопередачі унаслідок великої швидкості обох теплоносіїв. Простота виготовлення.

Недоліки: Громіздкість. Висока вартість, зважаючи на велику витрату металу на зовнішні труби, що не беруть участь в теплообміні. Трудність очищення міжтрубного простору.

Застосування. В контактно-каталітичних та реакційних процесах, що відбуваються при високих температурах, коли необхідно забезпечити вільне подовження всіх труб.

 

Вибір матеріалів

В даному курсовому проекті розглядається теплообмінник для охолодження бензолу (агресивний теплоносій) від температури 60°С.

Так як в апараті циркулюють корозіїні середовища, то деталі, що контак-тують з ними, повинні виготовлятися з сталі марки 1Х21Н5Т, ГОСТ 5632-95.

До деталей, шо підлягають контакту можна віднести: теплообмінні пластини, затискні плити та штуцера. Інші деталі, такі як стійка, опори, затискний механізм, виготовляються з звичайної сталі марки В Ст5, ГОСТ380-94. В якості матеріалу прокладки обираємо резину.

 

 

Розрахунок опор апарата

Мета розрахунку: вибрати тип опори апарата та її розміри.

Схема опори наведена на рисунку 4.8.

Рисунок 4.8 – Схема опори для вертикального апарату

 

Вихідні дані:

Навантаження на опору G=0,112МН

Виліт опори =0,2 м

Відстань від зовнішньої стінки апарату

до опорної поверхні s =0,007м

Товщина стінки апарату S=0,018 м

Висота опори H=0,12 м

Число опор z=2

Коефіцієнти нерівномірності розподілення

навантажень l₁=2

l₂=1

Допустиме напруження =145,45 МПа

Межа текучості s_t=201 МПа

Робочій тиск Р = 1 МПа

Допустима питоме навантаження на

опорній поверхні q_д=5 МПа

Розрахунок здійснюємо за методикою, викладеною в [7, стор. 667].

Розрахунок:

Розрахункова товщина ребра:

З урахуванням додавання на корозію товщину ребра приймаємо = 10 мм. Обираємо довжину опорної плити лапи ₁=0,1 м, а товщину її s = 10 мм.

Розрахункова ширина опорної плити лапи:

Приймаємо b =0,23 м.

Загальна довжина зварного шва:

L_ш = 4(0,4+s) = 4(0,4+0,01) = 1,64 м

Міцність зварного шва при τ_сд=80МПа, h_ш=8мм:

0,7 L_ш τ_сд h_ш=0,7·1,64·80·0,008=0,735 > =0,112. Тобто міцність забезпечена.

Висновок: обираємо опору 2-200 ОН 26-01-29-66 з товщиною ребра 10 мм, висотою 150 мм, довжиною 100 мм [8, стор. 676].

 

Висновок

На підставі теплового розрахунку було прийнято до встановлення пластинчатий розбірний теплообмінник типу ТПР виконання 1 з поверхнею теплообміну F=10 м², поверхнею пластин f= 0,3 м² (ГОСТ 15518 – 78), призначений для охолодження бензолу з масовим видатком 12000 кг/год від температури 60^оС до 35 ^оС водою з початковою температурою 20^о С.

Виконано гідравлічний розрахунок та механічні розрахунки основних елементів конструкції теплообмінника.

 

 

Перелік посилань

1. Матеріали до розрахунків процесів та обладнання хімічних і газонафтопереробних виробництв: Навчальний посібник / За ред. А.П. Врагова. – Суми: Вид-во СумДУ, 2008. – 170 с.: іл. – 68, табл. – 88. Бібліограф.: С. 167-169.

2. Барановський Н.В., Коваленко Л.М. Пластинчаті і спіральні теплообмінники. М., «Машинобудування», 1973. – 288 с.

3. Пластинчаті теплообмінні апарати. Каталог. М.: ИИНТИхимнефтемаш,1990. – 52 с.

4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского. – М.: Химия, 1982. – 772 с.

5. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. Л.: Химия 1991 – 353 с.

6. Пластинчатые теплообменники: методические указания / С.С. Амирова, Ф.С. Приданцев,. – Нижнекамск: Нижнекамский химико-технологический инстетут (филиал) КГТУ, 2010. – 48 с.

7. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков В.Н. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

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

9. Флореа О., Смигельский О. Расчеті по процессам и аппаратам химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 448 с.

10. Лащинский А. А. Конструирование сварных химических аппаратов: справочник – Л.: Машиностроение, 1981. – 382 с.

 

Кафедра машин та апаратів хімічних та нафтопереробних виробництв

Завдання

До курсового проекту

Студентці __ Жученко Ірині Олександрівні ______________________________________

1. Тема проекту: Пластинчатий теплообмінник

2. Термін здачі студентом закінченого проекту: 14 травня 2013 р.

Вихідні дані до проекту: Спроектувати пластинчатий теплообмінник для охолодження бутилового спирту від 60^оС до 35 ^оС з продуктивністю 12 000 кг/год. Для охолодження використати воду з початковою температурою 20^оС.

3. Перелік питань, які мають бути розроблені: 1) Вступ, 2) Призначення та область застосування теплообмінника, 3) Технічна характеристика, 4) Порівняння конструкції теплообмінника з аналогами, 5) Вибір матеріалів, 6) Розрахунки, що підтверджують працездатність та надійність конструкції, 7) Висновки.

4. Перелік графічного (ілюстрованого) матеріалу: теплообмінник пластинчатий – А1,

5. Дата видачі завдання: 14 лютого 2013 р.

Завдання прийняла до виконання студентка групи ХН-02 ___________ Жученко І.О.

^{(підпис, дата)}

Керівник курсового проекту, ст. викладач ____________ Зайцев С.В.

^{(підпис, дата)}

ВСТУП

Теплообмінні апарати різних конструкцій широко застосовують в хімічній, нафтопереробній, харчовій та інших галузях промисловості.

Найбільш прогресивними в цей час є пластинчасті теплообмінні апарати, складальні одиниці та деталі яких повністю уніфіковані і виготовляються переважно штампуванням та зваркою. Це створює можливості економічного масового виготовлення цих апаратів при мінімальній металоємкості.

Пластинчаті теплообмінники застосовуються в системах опалення, гарячого водопостачання, кондиціонування (котеджі, сади, школи, басейни, індивідуальні теплові пункти житлових будинків, центральні теплові пункти групи будинків і мікрорайонів, теплові мережі сільськогосподарських і промислових підприємств). Широке поширення пластинчаті теплообмінники знайшли в харчовій промисловості (пастеризатори або охолоджувачі молока, вина, пива та ін.) Крім того, пластинчасті теплообмінники використовують для різних технологічних процесів (охолодження масла та ін.)

Перед іншими типами теплообмінників у пластинчастих конструкцій є свої переваги. Вони компактні, мають низькі втрати тиску і володіють найбільшим коефіцієнтом теплопередачі.