Калишук 1998

Міністэрства адукацыі Рэспублікі Беларусь БЕЛАРУСКІ ДЗЯРЖАЎНЫ ТЭХНАЛАГІЧНЫ УНІВЕРСІТЭТ

Кафедра працэсаў і апаратаў хімічных вытворчасцей

ПРАЦЭСЫ І АПАРАТЫ ХІМІЧНАЙ ТЭХНАЛОГІІ

Метадычныя ўказанні да курсавой работы па аднайменнай дысцыпліне для студэнтаў вочнай і

завочнай форм навучання спецыяльнасці Э.01.03.00

спецыялізацый Э.01.03.07 і Э.01.03.13

Мінск 1998

УДК 66.02

Разгледжаны і рэкамендаваны да выдання рэдакцыйнавыдавецкай радай універсітэта.

Складальнік Калішук Дз.Р.

Навуковы рэдактар дацэнт Маркаў У.А.

Рэцэнзент к.т.н., дацэнт кафедры ТНРіАХТ Дармешкін А.Б.

Па тэматычнаму плану выдання вучэбна-метадычнай літаратуры універсітэта на 1998 год. Паз. 53.

Для студэнтаў вочнай і завочнай форм навучання спецыяльнасці Э.01.03.00 «Эканоміка і кіраванне на прадпрыемстве» спецыялізацый Э.01.03.07 «Эканоміка і кіраванне на прадпрыемстве хімічнай прамысловасці», Э.01.03.13 «Эканоміка і кіраванне на прадпрыемстве будаўнічых матэрыялаў».

c Беларускі дзяржаўны тэхналагічны універсітэт, 1998

c Складанне. Калішук Дз.Р., 1998

УВОДЗІНЫ

Курсавая работа з‘яўляецца адным з этапаў падрыхтоўкі студэнтаў спецыялізацый Э.01.03.06 і Э.01.03.13 вочнай і завочнай форм навучання па курсе "Працэсы і апараты хімічнай тэхналогіі". Мэта курсавой работы – замацаванне і пашырэнне ведаў тэарэтычнага курса, здабыццё студэнтамі ўмення самастойна разлічваць і падбіраць абсталяванне, праводзіць яго ўзбуйнены тэхніка-эканамічны аналіз з выкарыстаннем даведачнай літаратуры, каталагаў, стандартаў, нармаляў і г.д.

Студэнты вочнай формы навучання павінны выканаць і прадставіць да абароны курсавую работу не пазней як за два тыдні да пачатку экзаменацыйнай сесіі. Студэнты завочнай формы навучання выконваюць і дасылаюць на рэцэнзаванне курсавую работу да пачатку адпаведнай лабараторна-экзаменацыйнай сесіі. Пры наяўнасці станоўчай рэцэнзіі работа дапускаецца да абароны. Студэнт-завочнік, які не абараніў курсавую работу, не дапускаецца да здачы экзамену (заліку) па курсе "Працэсы і апараты хімічнай тэхналогіі".

Дадзеная распрацоўка ўтрымлівае патрабаванні да структуры і афармлення работы, рэкамендацыі па разліках кажухатрубчастых цеплаабменнікаў, выпарвальнікаў раствораў, абсорбераў, рэктыфікацыйных калон і сушылак.

1. СТРУКТУРА КУРСАВОЙ РАБОТЫ

Курсавая работа па курсе "Працэсы і апараты хімічнай тэхналогіі" складаецца з разлікова-тлумачальнай запіскі і графічнай часткі.

Разлікова-тлумачальная запіска ўтрымлівае (па парадку размяшчэння): тытульны аркуш, заданне на выкананне работы, рэферат, змест, уводзіны, літаратурны агляд, тэхналагічны і канструкцыйны разлік апарата, падбор дапаможнага абсталявання, заключэнне, спіс выкарыстаных крыніц. Па неабходнасці ў разлікова-тлумачальную запіску змяшчаюць спіс умоўных абазначэнняў, спіс скарачэнняў і дадатак (дадаткі).

Тытульны аркуш утрымлівае звесткі пра вучэбную ўстанову і кафедру, дзе выканана работа, тэму работы, студэнта-выканаўцу работы, кіраўніка работы, месца і год выканання работы. Прыклад выканання тытульнага аркуша змешчаны ў дадатку 1.

Заданне на курсавую работу рыхтуе і выдае студэнту кіраўнік работы.

Рэферат складаюць звесткі пра аб‘ём разлікова-тлумачальнай запіскі, пералік ключавых слоў і ўласна тэкст рэферата.

Змест утрымлівае пералік назваў раздзелаў, падраздзелаў і другіх структурных частак разлікова-тлумачальнай запіскі.

Уводзіны ў сціснутай форме асвятляюць ролю і перспектывы развіцця хімічнай прамысловасці, ролю тэхналагічнага працэсу і абсталявання, які распрацаваў у курсавой рабоце студэнт. Аб‘ём уводзін – не болей за два лісты.

Улітаратурным аглядзе студэнты выконваюць агляд апаратурна– тэхналагічнага афармлення працэсу, які адпавядае заданню. Студэнты вочнай формы навучання апісваюць сучаснае апаратурна-тэхналагічнае афармленне з выкарыстаннем звестак з патэнтнай літаратуры, рэфератыўных і навуковых часопісаў. Завочнікі аналізуюць тыповае абсталяванне і ўстаноўкі, якія ўжываюцца для ажыццяўлення працэсу [1–6].

Разлік асноўнага апарата залежыць ад яго прызначэння, тыпу і канструкцыі. Ён утрымлівае тэхналагічны і канструкцыйны разлікі адпаведна існуючым методыкам. Звычайна выконваюцца разлікі матэрыяльнага і энергетычнага (цеплавога) балансаў, умоў раўнавагі, рухальнай сілы, кінетычных характарыстык (каэфіцыент цеплаперадачы або інш.), характэрных памераў апарата і г.д. Рэкамендуецца выкарыстоўваць спрошчаныя, узбуйненыя методыкі разлікаў або падбору кінетычных характарыстык.

Падбор дапаможнага абсталявання выконваюць па ацэначных, прыблізных методыках. Пры гэтым можна кіравацца ўказаннямі [7].

Узаключэнні прыводзяць асноўныя характарыстыкі разлічанага апарата (геаметрычныя размеры, тып і г.д.), паказчыкі яго работы (расходы матэрыяльных патокаў, энергіі і інш.).

Спіс выкарыстаных крыніц утрымлівае пералік літаратуры і другіх крыніц інфармацыі, якія выкарыстаны падчас выканання курсавой работы.

Графічная частка ўяўляе чарцёж агульнага выгляду апарата, які адпавядае тэме работы і выкананым у ёй разлікам. Фармат чарцяжа А1.

2.РЭКАМЕНДАЦЫІ ДА ВЫБАРУ І РАЗЛІКАЎ КАЖУХАТРУБЧАСТЫХ ЦЕПЛААБМЕННІКАЎ

Найбольш распаўсюджанымі цеплаабменнікамі з‘яўляюцца паверхневыя. У іх цяпло аднаго цепланосьбіта перадаецца другому праз цвёрдую сценку. Часцей усяго з паверхневых цеплаабменнікаў ужываюць кажухатрубчастыя. Яны выконваюць ролю выпарвальнікаў, кандэнсатараў, падагравальнікаў, халадзільнікаў і выкарыстоўваюцца для цеплаабмену паміж вадкімі і газавымі (паравымі) асяроддзямі.

У кажухатрубчастых цеплаабменніках адзін з цепланосьбітаў рухаецца па трубах, другі – па міжтрубнай прасторы. У трубы неабходна накіраваць цепланосьбіт:

1)які больш забруджвае паверхню цеплаабмену;

2)які мае большую каразійнасць;

3)які мае надта высокую (нізкую) тэмпературу;

4)які мае меншы каэфіцыент цеплааддачы (пры раўназначнасці паказчыкаў па п.п. 1–3).

Цепланосьбіт, які кіпіць, у вертыкальных выпарвальніках знаходзіцца ў трубах, у гарызантальных – у міжтрубнай прасторы. Пару на кандэнсацыю ў гарызантальныя кандэнсатары падаюць у міжтрубную прастору.

Калі сярэдняя розніца тэмператур цепланосьбітаў tср < 40 К, звычайна выкарыстоўваюць цеплаабменнікі з нерухомым мацаваннем труб у трубных рашотках. Пры 40 К < tср < 100 К выкарыстоўваюць цеплаабменнікі з лінзавымі кампенсатарамі на кажусе. Пры tср < 100 К неабходна выкарыстоўваць цеплаабменнікі з U–падобнымі трубамі або з плаваючай галавой [8–13].

Цеплаабменнікі з нерухомым мацаваннем труб у трубных рашотках і з лінзавымі кампенсатарамі аднаходавыя па трубах – вертыкальныя выпарвальнікі; шматходавыя па трубах – вертыкальныя і гарызантальныя кандэнсатары; адна- і шматходавыя па трубах – вертыкальныя і гарызантальныя падагравальнікі і халадзільнікі [14–17]. Колькасць ходаў па трубах у шматходавых цеплаабменніках можа быць

2, 4, 6 [18].

Цеплаабменнікі з U–падобнымі трубамі і плаваючай галавой – шматходавыя па трубах, выкарыстоўваюцца ў якасці выпарвальнікаў, кандэнсатараў, халадзільнікаў і падагравальнікаў. Пры гэтым выпарвальнікі могуць быць толькі гарызантальнага выканання. Агульная вартасць цеплаабменнікаў з U–падобнымі трубамі і плаваючай галавой

– даступнасць іх міжтрубнай прасторы для ачысткі.

Пры выкананні курсавой работы студенэнт павінен самастойна выбраць другі цепланосьбіт. Пры гэтым ён павінен прытрымлівацца наступных рэкамендацый.

Найбольш распаўсюджаны цепланосьбіт для ахалоджвання – вада, пачатковая разліковая тэмпература вады для ўмоў Беларусі: абаротнай – 298 К, рачной – 288 К. Канечная тэмпература абаротнай і рачной вады павінна быць не большай за 323 К з-за выпадзення соляў жорсткасці. Захалоджаная вада мае пачатковую тэмпературу

14)для атрыманага па п.13 tC1 зрабіць разлікі па п.п. 7-11 і супастаўленне q1 і q2 па п.12; пры належнай акуратнасці і дакладнасці папярэдняй працы дасягаецца неабходнае сыходжанне велічынь q1 і q2;

15)калі адрозненне велічынь q1 і q2 не болей за 5 %, то разлічваюць іх сярэднеарыфметычнае значэнне qcр і ўдакладняюць паверхню цеплаперадачы;

16)калі выбраны па п.4 цеплаабменнік мае лішак паверхні ў параўнанні з разлічанай па п.15 у межах 10-25 %, то ён выбраны правільна; калі гэта ўмова не выканана, то ўдакладняюць выбар цеплаабменніка па п.4 і разлікі па пп. 5-16 робяць нанава;

17)выконваць гідраўлічныя разлікі выбранага цеплаабменніка. Тлумачэнні да парадку разлікаў.

Да п.1. Цеплавую нагрузку разлічваюць па наступных раўнаннях:

1)пры нязменным агрэгатным стане цепланосьбіта

β – каэфіцыент, які ўлічвае страты цяпла.

Звычайна прымаюць β = 1,03...1,05, але страты цяпла можна і не ўлічваць. Расход другога цепланосьбіта разлічваюць па раўнаннях, аналагічных тым, што прыведзены ў п.1.

Да п.3. Разлікі па п.п. 1–4 з‘яўляюцца прыблізнымі. Таму прымаюць простую схему руху цепланосьбітаў: праматок або супрацьток. Розніцы тэмператур па канцах цеплаабменніка:

для праматоку

Калі абодва цепланосьбіты мяняюць свае тэмпературы (няма змен іх агрэгатнага стану), пераважна выбіраць супрацьток. Пры супрацьтоку дасягаецца большая велічыня сярэдняй рухальнай сілы цеплаперадачы Калі хаця адзін цепланосьбіт не змяняе сваю тэмпературу, супрацьток, праматок і іншыя схемы руху цепланосьбітаў даюць аднолькавыя велічыні

Пры выбары параметраў цепланосьбітаў для змяншэння паверхні цеплаперадачы найменшая розніца тэмператур цепланосьбітаў павінна быць:

1)пры цеплаабмене з удзелам толькі вадкіх рэчываў або насычанай пары – не меней за 10 К;

2)пры цеплаабмене з удзелам газавага цепланосьбіта – не меней

за 25 К.

Да п.4. Прыблізную паверхню цеплаперадачы разлічваюць па раўнанню

носьбітаў і ўмовам іх узаемадзеяння па рэкамендацыях [2,4,5,20-22], пажадана меншае значэнне з прыведзенага дыяпазону. Толькі для цепланосьбітаў, якія рухаюцца па трубах і не мяняюць свайго агрэгатнага стану, неабходна прыняць такую колькасць труб у адным ходзе цеплаабменніка nx, каб забяспечваўся яго турбулентны рух. Прымаюць звычайна лік Рэйнольдса для цепланосьбіта ў трубах Re ≈ 15000. Тады турбулентны рух будзе забяспечаны пры

дзе n – агульная колькасць труб цеплаабменніка; z – колькасць хадоў трубнай прасторы; d – унутраны дыяметр труб цеплаабменніка, м; μ – вязкасць цепланосьбіта ў трубах пры сярэдняй яго тэмпературы, Па с.

Звычайна d для цеплаабменнікаў 0,016 і 0,021 м.

цеплаабменнік.

Да п.5. Удакладненне tср праводзяць толькі ў тым выпадку, калі цепланосьбіты змяняюць свае тэмпературы і выбраны цеплаабменнік шматходавы. Пры гэтым трэба ўлічваць, што цеплаабменнікі з сегментнымі перагародкамі ў міжтрубнай прасторы – шматходавыя па трубнай прасторы.

Удакладненае значэнне tср разлічваюць так:

Велічыня εt залежыць ад схемы руху цепланосьбітаў і можа быць вызначана па методыках [4, 20–23].

Сярэднюю тэмпературу цепланосьбіта, які мяняе сваю тэмпературу ў меншай ступені, разлічваюць як сярэдняе арыфметычнае яго пачатковай і канечнай тэмператур. Сярэдняя тэмпература другога

дзе t1 – сярэдняя тэмпература цепланосьбіта, якую разлічым па сярэдняму арыфметычнаму.

Знак "плюс" адпавядае выпадку, калі t1 – тэмпература халоднага цепланосьбіта, "мінус" – калі t1 – тэмпература гарачага цепланосьбіта. У далейшых разліках t1 і t2 – вызначальныя тэмпературы цепланосьбітаў, адпаведна ім бяруць усе іх фізічныя ўласцівасці.

Да п.6. Разлікі па п.п. 6-14 называюць разлікамі каэфіцыентаў цеплааддачы метадам паслядоўных прыбліжэнняў. Часцей за ўсё велічыня каэфіцыента цеплааддачы залежыць ад тэмпературы паверхні сценкі, з якой знаходзіцца цепланосьбіт у кантакце. Невядомымі велічынямі з‘яўляюцца пры разліках і абодва каэфіцыенты цеплаперадачы, і тэмпературы паверхняў сценкі. Пры гэтым колькасць невядомых пераўзыходзіць колькасць раўнанняў, якія выкарыстоўваюць пры разліках. З гэтай нагоды і выкарыстоўваюць метад паслядоўных прыбліжэнняў.

Тэмпературу паверхні сценкі з боку першага цепланосьбіта tс1, напрыклад гарачага, выбіраюць адвольна з дыяпазону ад t2 да t1 (тут t1

– тэмпература гарачага цепланосьбіта). Тэмпературны напор з боку першага цепланосьбіта

адпавядае канкрэтнаму віду цеплааддачы, рэжыму руху цепланосьбіта, выкананню цеплаабменніка і г.д. [1–6, 20–23].

Да п.8. Адносная цеплавая нагрузка з боку першага цепланосьбіта

дзе Σrс – сумарнае тэрмічнае супраціўленне сценкі і забруджванняў.

дзе δс – таўшчыня сценкі; λс – каэфіцыент цеплаправоднасці матэрыялу сценкі; r1 і r2 – тэрмічныя супраціўленні забруджванняў з боку першага і другога цепланосьбітаў. Іх велічыні ў залежнасці ад

Вядома, што адносная нагрузка звязана з каэфіцыентам цеплаперадачы

К наступным чынам:

q = K tср.

Да п.17. Гідраўлічныя разлікі для трубнай і міжтрубнай прасторы можна весці па методыках, якія пададзены ў [4, 20–23]. Для прасторы, у якой цепланосьбіт кандэнсуецца або кіпіць, гідраўлічнае супраціўленне не разлічваюць.