всякое / taranova то и расчет

δст, λст – толщина стенки трубы и теплопроводность материала стенки, Вт/м·К (см. табл. III.4 в приложении); параметры определяют с учетом исполнения труб (моноили биметаллические) и материла для их изготовления (чаще всего используют алюминиевые сплавы).

– Уточняют поверхность теплообмена АВО и его секции по формулам:

6. Окончательно принимают теплообменную секцию по величине Fc (табл. 2.10.) и ее характеристики:

Fc – площадь поверхности теплообмена секции, м2 (должна быть больше расчетной);

L – длину труб, м;

nc – число рядов труб в секции; kop – коэффициент оребрения;

nх , zх – число труб в одном ходе и число ходов по трубам.

Б. Расчет АВО для конденсации паров.

Тепловой расчет конденсаторов проводят методом подбора температуры стенки трубы (аналогично расчету испарителей) в следующей последовательности.

1. Находят параметры рабочей среды при заданных условиях (при заданном Р): температуру конденсации t1, 0C, теплоту конденсации r1 ,

Дж/кг (по табл. I.5 в приложениии), а также плотность ρp, вязкость µp, теплопроводность λp.

Значения ρp , µp , λp находят для образующегося конденсата (жидкой фазы) при температуре t1 по табл. I.1- I.4 в приложении.

2. Определяют тепловой поток в зоне конденсации (Вт) по формуле вида (1.27)

Q=G·r1,

Где G – производительность по потоку рабочей среды, кг/с.

3. Находят коэффициент теплоотдачи (α1) при конденсации паров, используя (2.48)

где С – коэффициент, принимаемый в зависимости от исполнения АВО: для горизонтальных аппаратов С = 0,72, для вертикальных С =1,15;

101

r1 – теплота конденсации (см. п.1);

∆t1 =∆tкон = t1 - tст1 - перепад температур в пленке конденсата (между температурой конденсата и температурой стенки со стороны конденсата - tст1); значения tст1 находят путем подбора температуры стенки трубы;

l – определяющий геометрический размер с учетом исполнения аппарата:

для вертикальных аппаратов - длина труб (м); для горизонтальных - внутренний диаметр труб (м) с учетом их

исполнения;

ρp , µp , λp – плотность, вязкость, теплопроводность конденсата (см.

п.1).

4. Производят подбор температуры стенки tст1 и рассчитывают плотность теплового потока (q) в зоне конденсации методом подбора температуры стенки трубы. Расчет ведут, решая уравнение вида (2.50):

q = α1(t1 - tст1) = (tст1 - tст2) / Σr = (tст2 - tср.в.)·αпр·kop,

где tст2 – температура стенки со стороны воздуха, 0C (определяется в ходе расчета),

Σr – общее термическое сопротивление стенки, м2·K/Вт, tср.в. – средняя температура воздуха, 0C,

αпр – приведенный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К). Параметры Σr, tср.в., αпр находят по формулам, приведенным в п.5

расчета АВО для охлаждения; значения kop принимают (см.табл. 2.10). Определение плотности теплового потока ведут до сходимости

значений q1 и q2 ((разница не более 5%).), равных соответственно:

q1 = α1(t1 - tст1) и q2 = αпр· kop ·(tст2 - tср.в.)

Для удобства расчета результаты сводят в таблицу вида:

tст1, 0C ∆t1 = t1 – tст1, 0C

q1 = α1·∆t1

∆tcт = q1·Σr1

tст2 = tст1 – ∆tст

∆t2 = tст2 – tсp.в.

q2 = αпр·kop·∆t2

102

Расчеты проводят, задаваясь значениями tст1 (с учетом определенной выше температуры конденсации t1) и последовательно определяя все остальные параметры (по столбцу). Добившись сходимости значений q1 и q2, находят среднюю плотность теплового потока:

qcp=(q1+q2)/2

5. Определяют поверхность теплообмена в зоне конденсации по формуле вида (2.51):

F= Q/qcp, м2

иповерхность теплообмена для одной секции:

Fc = F/Zc

Где: Z c - число секций (для горизонтального АВО Z c=3).

6. Производят подбор теплообменной секции аппарата по величине Fc (табл.2.10) с учетом принятых в ходе расчета параметров аппарата – коэффициента оребрения (kop) и определяющего геометрического размера (l). В зависимости от исполнения АВО параметр l равен внутреннему диаметру труб (для горизонтальных аппаратов) с учетом их исполнения или длине труб (для вертикальных).

В. Расчет АВО для конденсации и охлаждения.

Если в аппарате воздушного охлаждения происходят одновременно конденсация и охлаждение, то для выбора АВО необходимо провести тепловые расчеты по соответствующим зонам аппарата, определяя необходимые поверхности теплообмена (см. п. А и Б). Выбор аппарата при этом проводят с учетом суммарной поверхности.

Расчеты проводят по следующей схеме.

1.Определяют температуры и параметры рабочей среды в зонах конденсации и охлаждения.

2.Принимают схему распределения температур в зонах конденсации

иохлаждения (температурную схему; см. п.1.3) и находят средний температурный напор по зонам – ∆tcp1, ∆tcp2.

3.Находят тепловые потоки по зонам: Q1 Q2 - тепловой поток в зоне конденсации и охлаждения, Вт.

4.Принимают предварительно коэффициент теплопередачи К,

(рекомендуемые значения – 150-200 Вт/м2·K) и рассчитывают

103

ориентировочные значения поверхностей теплообмена по зонам: F1, F2 – для зоны конденсации и охлаждения соответственно, м2

F=Q/K·∆tcp

5. Принимают тип аппарата, число секций по табл.2.9, рассчитывают поверхность теплообмена для секции

Fc = (F1 + F2)/Zc

и предварительно принимают теплообменную секцию по табл. 2.10. 6. Проводят уточненный тепловой расчет в соответствии с п.п. А и

Б; уточняют поверхность одной секции Fc и окончательно принимают теплообменную секцию аппарата по табл. 2.10.

2.5.2. Порядок гидравлического и аэродинамического расчета

Гидравлические расчеты аппаратов воздушного охлаждения проводят, используя общий подход к расчету теплообменников, выполненных из труб (см.п. 2.1.2, 2.2.2.). В рамках расчета находят диаметры присоединительных штуцеров и гидравлические сопротивления, возникающие при движении потока в теплообменных секциях. Кроме того, проводят аэродинамический расчет АВО, определяя сопротивления при движении воздуха, омывающего наружную поверхность труб. Это необходимо для расчета мощности электродвигателя.

1. Диаметры штуцеров находят по формуле вида (2.14), принимая значения dш в соответствии с диаметром условного прохода. При этом учитывают возможное изменение агрегатного состояния рабочей среды в случае ее конденсации. Расчетные формулы и необходимые комментарии приведены выше (см. п. 2.1.2, 2.2.2) и в данном разделе не рассматриваются.

2.Гидравлические сопротивления трубного пространства АВО

определяются с учетом потерь давления на трение (∆Ртр) и местные сопротивления (∆Рi) по формуле вида:

∆Р = ∆Ртр + Σ∆Рi

Составляющие ∆Рi находят по общей формуле (1.16) с учетом скоростей потока и коэффициентов местных сопротивлений (ξi) на соответствующих участках. При этом значения ξi составляют:

104

-на входе и на выходе из секции – 1,5;

-на входе и на выходе из труб – 1,0;

-при повороте на 1800 между ходами и секциями – 2,5.

Расчет потерь давления на трение в трубах проводят так же, как и для кожухотрубчатых теплообменников (см. п. 2.1.2), используя формулу вида (1.17); коэффициент трения при этом находят по (2.16), (2.17); внутренний диаметр труб принимают с учетом исполнения трубы (моноили биметаллические). В итоге общие потери давления можно найти по формуле:

проводят, используя следующие подходы.

- Находят аэродинамическое сопротивление (Па) и мощность, потребляемую вентилятором (Вт), по формулам:

η – к.п.д. вентилятора (в расчетах можно принять равным 0,62-0,65).

При проведении расчетов необходимо учесть, что при длине труб 8м в АВО используют 2 вентилятора; в этом случае мощность, потребляемую

вентилятором (Nв), находят, используя расход воздуха равный Vв/2.

– С использованием совмещенных характеристик вентилятора и сети (трубный пучок секции) находят необходимую мощность двигателя, пользуясь рис. IV.5, IV.6 в приложении. В этом случае задаются частотой вращения вентилятора (3,55 или 7,5 с-1), углом установки лопастей и, в зависимости от принятого числа рядов труб в секции (см. тепловой расчет), определяют необходимую мощность двигателя и значения ∆Р.

С учетом расчетных значений Nв принимают по табл. 2.9 мощность вентилятора и тип двигателя и окончательно принимают аппарат. Вся информация об аппаратах воздушного охлаждения содержится в условном обозначении; например, обозначение

АВГ 9 − Ж −6 − М −1− НВЗ

4 −4 −8

105

показывает следующее:

9 – коэффициент оребрения; Ж – аппарат с жалюзи;

6 – рассчитан на условное давление 0,6 МПа:

М1 – с монометаллическими трубами первого исполнения; НВЗ – с невзрывозащищенным двигателем вентилятора; 4 – четыре ряда труб в секции; 4 – количество ходов по трубам; 8 – длина труб, м.

2.5.3. Порядок механического расчета

Механический расчет АВО включает в себя: выбор материалов основных узлов аппарата; прочностной расчет теплообменной секции, включающий расчет труб (проверку условия прочности стенки и определение прогиба), трубной решетки и крышки; расчет опор.

1.Материалы для изготовления труб, трубных решеток и крышек выбирают, руководствуясь общими принципами их выбора, и принимают в зависимости от исполнения АВО (см. табл. III.11 в приложении). Механические свойства сталей и алюминиевых сплавов приведены в табл. III.5 и III.10.

2.Проверяют прочность стенки трубы. Условие прочности

заключается в том, что расчетная толщина стенки (SР) должна быть не более толщины стенки выбранной трубы в зависимости от ее исполнения (моноили биметаллическая) с учетом максимального давления в трубном пространстве и допускаемых напряжений для материала стенки трубы. Расчетную толщину стенки определяют с учетом прибавки на коррозию по

формуле (2.29), используя в качестве DВ внутренний диаметр выбранной трубы.

3.Толщину трубной решетки АВО определяют с учетом соотношения

еегеометрических размеров (см. рис. 2.5), используя формулу вида:

106

где ВП – размер контура середины прокладки, м (ВП = (В +В1)/2); РР – расчетное давление, МПа (см. п. 1.3);

[σ] – допускаемое напряжение материала трубной решетки (как правило, сталь 16ГС) при расчетной температуре, МПа;

ϕР – коэффициент прочности трубной решетки;

С– прибавка на коррозию.

Геометрические размеры для АВО приведены в соответствующих каталогах и справочниках [15]. В АВГ, как правило, соотношение геометрических размеров А/В ≥ 1,5; в этом случае коэффициент К=0,68. Значения ϕ Р рассчитывают в зависимости шага расположения отверстий

(t) и диаметра труб (dн), как:

ϕ Р = (t – dн ) / t

Полученное по (2.98) значение δР сравнивают с принятым ранее по табл. 2.11 (расчетное значение не должно быть больше принятого).

Рис. 2.5. Схема к расчету трубной решетки и крышки АВО

Толщину крышки аппарата (S) находят по формуле

107

4. Расчет опор аппарата проводят с учетом максимального веса, который складывается из веса самого аппарата при максимальном заполнении и веса прочих устройств

Gmax = Gап + Gпроч.

Вес АВО и прочих устройств (электродвигатель, комплект жалюзи, пневматический механизм поворота лопастей вентилятора, пневмопривод жалюзи, увлажнитель и подогреватель воздуха) находят по каталогам или справочникам [24].

С учетом количества опор АВО (n), определяют нагрузку на одну опору (Gоп) и максимальное напряжение на опорной поверхности (σф) с использованием формулы (1.33):

Полученное в результате расчетов значение σф сравнивают с допускаемым напряжением для материала фундамента (см. табл. III.9 в приложении); при этом должно выполняться условие:

σф < [σ]

В качестве материала фундамента можно использовать бетон марки 100, для которого [σ] = 8 МПа.

108

3. ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ

3.1. Общие положения

По дисциплине «Машины и аппараты химических производств» предусмотрен курсовой проект, являющийся одним из основных видов учебных занятий и формой контроля учебной работы студентов.

Врамках курсового проектирования по дисциплине студенты выполняют расчеты оборудования на заданную тему, оформляя их в виде расчетно-пояснительной записки, и чертеж аппарата (общий вид с элементами деталировки) на листе формата А-1.

Впроцессе работы над проектом студенты используют методики расчетов, освоенные при изучении дисциплин «Процессы и аппараты химической технологии», «Машины и аппараты химических производств», «Конструирование и расчет элементов оборудования».

Целями выполнения студентами курсового проекта являются:

•систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений по дисциплине «Машины и аппараты химических производств»;

•углубление теоретических знаний в соответствии с заданной темой;

•формирование умений применять теоретические знания при решении поставленных вопросов;

•развитие творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности;

•подготовка к итоговой государственной аттестации. Задачами курсового проектирования являются:

•провести анализ оборудование изучаемой группы с использованием различных литературных источников (учебная, справочная литература, каталоги заводов-изготовителей, технологические регламенты производств);

•обосновать выбор конструкции аппарата и расчетных методик;

•провести технологический и механический расчет аппарата, сделать вывод о возможности его использования в проекте;

•выполнить чертеж аппарата (общий вид и один из узлов) в соответствие с требованиями к чертежам общего вида.

Результат обучения. В результате работы над курсовым проектом студент должен:

•изучить оборудование по теме проекта; освоить методики расчета; правила оформления расчетно-пояснительных записок и чертежей;

•обоснованно производить выбор типа аппаратов и их внутренних элементов, базируясь на знании протекающих в аппаратах процессов;

109

выполнять расчеты типового оборудования, уметь работать со справочной литературой, знать предприятия-производители оборудования, применять полученные знания при решении практических задач;

•демонстрировать способность и готовность: анализировать конструкции аппаратов с обоснованным выбором предпочтительного варианта, разрабатывать и рассчитывать оборудование, выполнять расчетно-пояснительные записки и чертежи, осуществлять сбор литературы, работать самостоятельно.

На стадии курсового проектирования студенты выполняют расчет одного из типовых аппаратов химической технологии, основы расчета которых рассмотрены при изучении дисциплины: теплообменные аппараты различных разновидностей, оборудование установки подготовки нефти, реакционное оборудование:

1.Вспомогательное оборудование (теплообменник, испаритель, АВО, емккость) для ректификационной колонны.

2. Оборудование установки подготовки нефти (отстойник, электродегидратор, печь).

3.Реакционное оборудование (реактор с рубашкой и мешалкой, реактор риформинга)

Студенты должны в соответствии с заданием и подобрать стандартный аппарат, выполнив технологический (тепловой), гидравлический и механический расчеты.

Варианты заданий для курсового проектирования по теме «Расчет теплообменных аппаратов приведены в п. 4.2.

3.2. Структура и содержание разделов расчетно-пояснительной записки

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части (чертеж общего вида аппарата).

Расчетно-пояснительная записка включает в себя титульный лист, задание по курсовому проектированию, обязательные разделы и подразделы, список использованной литературы. Рекомендуемый объем пояснительной записки – 20-25 листов. Рекомендуется следующая структура расчетно-пояснительной записки.

1.Обзор литературы по теме проекта.

2.Расчетная часть.

2.1.Технологический расчет.

2.2.Гидравлический расчет.

2.3.Механический расчет.

110