всякое / taranova то и расчет

Значения [σ*] принимают (см. табл. III.6 в приложении) или вычисляют в зависимости от свойств выбранной стали: σв и σт (см. табл. III.5 в приложении), принимая наименьшее из значений, определенных по пределам прочности и текучести с учетом расчетной температуры. Методика расчета приведена в [4; 10; 12; 19; 25].

3. Расчет толщины стенки эллиптического днища.

Для цилиндрических аппаратов, диаметр которых меньше 4 м, применяют эллиптические днища и крышки (рис. 2.1.).

Рис. 2.1. Эллиптическое днище

Толщину стенки эллиптического днища определяют в его вершине, где поверхность имеет небольшой радиус кривизны по формуле

Для стандартных днищ (ГОСТ 6533): R=Dв; Н=0,25Dв, где Dв - внутренний диаметр аппарата, м (см. табл.2.1); толщина стенки стандартных днищ близка к толщине стенки цилиндрической обечайки.

4. Расчет веса аппарата.

При расчете опор теплообменника учитывают максимальный вес аппарата, определяемый по формулам вида (1.32):

61

Gmax = Gмет + Gиз + Gвод ; Gмет = Gкор +Gвн + Gшт

где Gмет – вес металла аппарата (корпуса, внутренних устройств, штуцеров и люков);

Gиз, Gвод – соответственно вес изоляции (при ее наличии) и вес воды при гидроиспытании.

Вес элементов конструкции аппарата находят следующим образом.

– Для расчета веса цилиндрической части аппарата используют формулу

Где ρ – плотность материала стенки корпуса (для стали – 7500-7900 кг/м3);

DН , DВ – соответственно наружный и внутренний диаметр, м; H – высота или длина обечайки.

– Вес днища определяют по формуле

Где m – масса днища (кг); выбирается по табл 2.4., исходя из диаметра аппарата (D) и толщины стенки днища (δ).

– Вес воды в аппарате во время гидравлических испытаний определяется как:

где ρв – плотность воды (1000 кг/м3),

Vобщ – общий внутренний объем аппарата, м3;

Vобщ = Vцил + 2·Vдн,

где Vдн – внутренняя емкость выпуклой части эллиптического днища, м3;

Vцил – внутренний объем цилиндрической части, м3.

Объемы цилиндрической части и днища (для стандартного эллиптического днища) находят по формулам

– Вес труб рассчитывают по формуле

62

– Вес штуцеров принимают равным 10% от веса теплообменника:

– Вес теплоизоляции принимают 5-10% от минимального веса аппарата:

Таблица 2.4 Днища эллиптические отбортованные стальные с внутренними

базовыми размерами (по ГОСТ 6533-98 )

5. Расчет опор При установке горизонтального цилиндрического аппарата на опоры

расчетом проверяется прочность и устойчивость корпуса аппарата при действии силы тяжести самого аппарата и его содержимого с учетом возможных дополнительных внешних нагрузок. Расчет корпуса аппарата на изгиб от всех указанных нагрузок производится как у неразрезной балки кольцевого сечения постоянной жесткости, лежащей на соответствующем количестве опор.

Наиболее частым в практике химического машиностроения являются случаи установки горизонтальных цилиндрических аппаратов на двух или трех седловых опорах (для теплообменников – на двух опорах). Расчетная

63

схема нагрузок для горизонтальных аппаратов, установленных на двух опорах, приведена на рис. 2.2.

Рис.2.2. Расчетная схема нагрузок от действия силы тяжести для горизонтальных аппаратов

Расчет опор горизонтального аппарата проводят в следующей последовательности.

– Определяют реакции опор по уравнению

где Gmax – максимальный вес аппарата по формуле (1.32)

– Находят приведенную длину днища

DН, DВ – соответственно наружный и внутренний диаметр цилиндрической обечайки корпуса, м (см. табл.2.1).

ρ, ρС - соответственно плотность материала и среды в аппарате, кг/м3 (см. табл. III.4 и табл. I.1 в приложении).

– Определяют приведенную длину аппарата (м) по формуле

64

2.2.Порядок расчета кожухотрубчатых испарителей

2.2.1.Порядок теплового расчета

Виспарителях или конденсаторах происходит изменение агрегатного состояния теплообменивающихся потоков. В этой связи расчет площади теплопередающей поверхности аппаратов проводят методом подбора температуры стенки трубы. Рассмотрим реализацию данного метода на примере испарителей; расчет конденсаторов приведен ниже для аппаратов воздушного охлаждения.

Теловой расчет испарителей проводят в следующей последовательности.

1.Выбирают тип аппарата и вариант подачи рабочей среды (в трубное или межтрубное пространство) с учетом общих рекомендаций (см.

п. 1.2).

2.Определяют параметры рабочей среды при заданных условиях –

температуру кипения (tкип) и теплоту испарения (rи) при заданном давлении (см. табл. I.5 в приложении).

Принимают температуру теплоносителя (чаще всего используется водяной пар) и определяют его теплофизические свойства - теплоту

конденсации (r), плотность (ρж), вязкость (µ) и теплопроводность (λ) образующегося конденсата (см. табл. II.1 в приложении). Температура теплоносителя определяется с учетом температуры кипения рабочей среды так, чтобы был обеспечен необходимый температурный напор, и не возникали температурные деформации (на 20-300С выше температуры кипения).

3.Предварительно принимают длину труб (в случае вертикального аппарата) или наружный диаметр труб (при горизонтальном исполнении).

4.Определяют коэффициенты теплоотдачи для конденсата и кипящей жидкости.

–В случае конденсации паров коэффициент теплоотдачи находят по формуле

66

где с – константа, с=1,15 – при вертикальном исполнении, с=0,72 – при горизонтальном исполнении;

rкон – теплота конденсации паров при заданном давлении, Дж/кг; ρж – плотность конденсата (жидкости), кг/м3, λ – теплопроводность конденсата, Вт/м·К; µ – вязкость конденсата, Па·с;

l – высота труб при вертикальном исполнении или наружный диаметр при горизонтальном исполнении;

∆tкон = tкон – tст1 – перепад температур в пленке конденсата,

где tкон – температура конденсации паров при заданном давлении, °С; tст1 – температура стенки трубы со стороны конденсирующегося пара, °С (параметр определяется в ходе теплового расчета).

– Коэффициент теплоотдачи при кипении жидкости находят по формуле

где ψ – коэффициент, учитывающий свойства кипящей жидкости (табл. IV. 4 в приложении);

Р – давление в аппарате, МПа;

кипящей жидкости, °С (параметр определяется в ходе теплового расчета).

5. Определяют плотность теплового потока (q, Вт/м2) со стороны теплоносителя и кипящей жидкости методом подбора температуры стенки трубы, решая уравнение

Σr=r1+δст/λст+r2 ,

где r1 и r2 – термические сопротивления загрязнений со стороны теплообменивающихся потоков, м2 . К/Вт (см. табл. IV. 5 в приложении);

δст и λст – толщина стенки трубы (м) и теплопроводность материала стенки, Вт/м·К (см. табл. III.4 в приложении).

67

Подбирая температуру стенки, добиваются сходимости значений q1 и q2 (разница не более 5%). Для удобства расчета все данные заносят в таблицу вида:

Расчеты проводят, задаваясь значениями tст1 (с учетом принятой выше температуры конденсирующегося водяного пара) и последовательно определяя все остальные параметры (по строке). Добившись сходимости значений q1 и q2, вычисляют среднюю плотность теплового потока

qср = (q1 + q2)/2

6. Находят общий тепловой поток в аппарате, используя формулу

(1.27):

Q=Gp·rи

где: Gp – производительность по сырью, кг/с;

rи – удельная теплота испарения рабочей жидкости при условиях процесса, Дж/кг.

7. Определяют необходимую площадь поверхности теплообмена

где qср – средняя плотность теплового потока по п. 5.

8.Производят выбор теплообменника и принимают основные его характеристики по табл.2.1. При этом аппарат должен быть одноходовым,

адлина труб (для вертикального аппарата) или их диаметр (при горизонтальном исполнении) должны соответствовать предварительно выбранным по п. 3.

9.Определяют разность температур труб и кожуха аппарата (см. п. 2.1.3) и делают вывод о возможности использования теплообменника типа ТН.

Температуру кожуха аппарата находят по формулам (2.21), (2.22) с учетом варианта подачи рабочей среды, а температуру труб по формуле

68

Если расчетная разность температур (tк – tт) или (tт – tк) меньше допустимой (см. табл. 2.3), можно принять теплообменник с неподвижными трубными решетками.

10. С учетом проведенных тепловых расчетов по табл. 2.1 окончательно принимают аппарат.

2.2.2. Порядок гидравлического расчета

Гидравлические расчеты испарителей проводят, используя общий подход к расчету теплообменников (см. п. 2.1.2) и учитывая изменение агрегатного состояния теплообменивающихся потоков. В рамках гидравлического расчета определяют диаметры присоединительных штуцеров для ввода и вывода потоков. Для этого предварительно рассчитывают количества потоков и скорости их движения с учетом агрегатного состояния, используя следующие подходы.

– Количество потока рабочей среды (Gp) известно по заданию, а массовый расход греющего пара (кг/с) можно найти по результатам теплового расчета аппарата (см. п. 2.2.1.) из уравнения вида (1.27), как:

Gп=Q / rкон

где Q – тепловой поток в аппарате, Вт;

rкон – теплота конденсации водяного пара, Дж/кг.

– Объемный расход теплообменивающих потоков находят по

уравнению вида

V= G/ρ, м3/с

где G – расход соответствующего потока (Gp или Gп , кг/с);

ρ – плотности соответственно парового (ρп) или жидкого (ρж) потоков, кг/м3.

Свойства рабочей среды и теплоносителя определены в ходе теплового расчета по табл. I.5 и II.1 в приложении.

– Расчеты диаметра присоединительных штуцеров ведут по формуле вида (2.14):

69