Проект поверхностного кожухотрубчатого конденсатора, работающего при атмосферном давлении

 

 

Реферат

Курсовая работа состоит из:

 пояснительная записка - 45 с,11 рис., 4 источника;

 Иллюстративная часть  включает 1 лист А1- сборочный чертёж  конденсатора.

Тема: «Проект поверхностного кожухотрубчатого конденсатора, работающего при атмосферном давлении».

Объект: горизонтальный шестиходовой поверхностный кожухотрубчатый конденсатор.

Цель пректного расчёта кожухотрубчатого конденсатора - определение необходимой поверхности теплообмена и размеров аппарата, а также расхода холодного теплоносителя (воды).

Расчёты основываются на использовании уравнений теплового баланса и основного уравнения теплопередачи.

В ходе курсового проектирования был выполнен сборочный чертёж кожухотрубчатого конденсатора и произведён расчёт его основных размеров. Так же были рассмотрены вопросы стандартизации, охраны труда и техники безопасности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение…………………………………….………………………...………….….4

1.Общая часть……………………………………………………………………….5

1.1  Описание технологической  схемы и устройства, принципа  действия и назначения аппарата ……………………………………………………..……………….5

1.2 Сравнение данной конструкции  аппарата с другими современными  конструкциями; обоснование принятых конструктивных решений.………………....10

2.Расчётная часть……………………………………………………… …….……20

2.1 Расчёт конечной температуры и расхода холодного теплоносителя………20

2.2 Определение числа труб и скорости течения холодного теплоносителя в конденсаторе………………………………………………………………………….. 22

2.3 Определение средней движущей силы процесса теплопередачи…………. 24

2.4 Расчёт коэффициента теплоотдачи от стенки труб к холодному теплоносителю ………………………………………………………………………..…………26

2.5 Расчёт коэффициента  теплоотдачи от горячего теплоносителя  к стенке и коэффициента теплопередачи для обеих зон………………………………………...28

2.6 Определение основных  размеров конденсатора…………………………..36

2.7 Расчёт тепловой изоляции  конденсатора………………………….………..38

2.8 Расчёт диаметров штуцеров…………………………………………….…...39

3. Вопросы стандартизации……………………………………………….…..…41

4. Вопросы охраны труда и техники безопасности……………………….…...42

Заключение…………………………………………………………………….……44

Список использованной литературы………………………………………………45

 

 

 

Введение

В технологических процессах пищевой промышленности широко применяется тепловая обработка сырья и полуфабрикатов, которая проводится в теплообменных аппаратах.

          Теплообменными аппаратами называются  устройства, предназначенные для непрерывной передачи тепла от потока одной рабочей среды - горячий теплоноситель, к потоку другой среды - холодный теплоноситель, для осуществления различных тепловых процессов: нагревания, охлаждения, конденсации, повышения концентрации (выпаривания) растворов, ректификации и т.п.

По принципу действия теплообменные аппараты делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные. Рекуперативные и регенеративные теплообменники являются аппаратами поверхностного типа. В поверхностных аппаратах каждый из теплоносителей ограничен твёрдыми стенками. Поверхность стенок, посредством которых передаётся теплота, называется поверхностью нагрева.

В аппаратах смешения процесс теплообмена осуществляется путем непосредственного контакта и смешения жидких или газообразных веществ (теплоносителей).

 В регенеративных аппаратах  теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, которая, соприкасаясь вначале с «горячим» теплоносителем, нагревается, аккумулируя тепло первого теплоносителя, а затем, соприкасаясь с «холодным» теплоносителем, отдает ему свое тепло.

Рекуперативные теплообменные аппараты в большинстве случаев относятся к аппаратам непрерывного действия. В этих аппаратах передача тепла от одного теплоносителя к другому осуществляется через стенку из теплопроводного материала.

Теплоносителями в теплообменных аппаратах могут быть: водяной пар, горячая вода, дымовые газы, масло, различные смеси жидкостей и другие физические тела. Наибольшее распространение в качестве теплоносителей получили водяной пар, горячая вода и дымовые газы. В пищевой промышленности наиболее широко применяются рекуперативные теплообменные аппараты различных типов и конструкций. Конструкция аппаратов должна учитывать как особенности течения технологического процесса, так и условия эксплуатации, изготовления и ремонта самого аппарата.

Конструкция теплообменного аппарата должна обеспечить ведение технологического процесса с заданными параметрами и получение продукта высокого качества. Наиболее важными факторами при тепловой обработке пищевых продуктов являются температурный режим и продолжительность теплового воздействия. В связи с этим необходимо правильно выбрать поверхность теплообмена, оптимальную скорость движения продукта и предусмотреть возможности гибкого регулирования теплового режима.

В целях сохранения качества продукта особое внимание должно быть уделено выбору материала.

Аппарат должен иметь высокую производительность, быть экономичным в эксплуатации. Достигается это путём повышения интенсивности теплообмена и максимального снижения гидравлических сопротивлений аппарата.

В пищевой промышленности наибольшее распространение получили кожухотрубные аппараты как одноходовые, так и многоходовые по трубному и не трубному пространству; с различными направлениями потоков теплоносителей и жёсткостью конструкции; однокорпусные и многокорпусные – элементные.

В соответствии с ГОСТ – 9929-77 кожухотрубчатые стальные теплообменники выполняются с площадью теплообмена до 2000 м2, работают при давлении до 6,4 МПа и имеют  пять типов: с неподвижными решётками, с температурным конденсатором на кожухе, с плавающей головкой, с U-образными трубками, с сальником на плавающей головке. Эти аппараты применяются в пищевой промышленности для нагревания и охлаждения жидких и газообразных продуктов при температуре от 40о до 450о С.

                                            

 

1. Общая часть

1.1  Описание технологической схемы и устройства, принципа действия и назначения аппарата

В настоящее время все теплообменные аппараты, используемые в химической

промышленности, подразделяются на определённые группы по следующим признакам: по назначению (нагреватели, испарители и кипятильники; холодильники, конденсаторы и т. д.),по режиму работы, по особенностям конструкции и т. д. Холодильники и конденсаторы служат для охлаждения потока или конденсации паров с применением специальных хладоагентов (вода, воздух, пропан, хлористый метил, фреоны и т. д.).

       Поверхностные теплообменные аппараты можно разделить на следующие типы по конструктивным признакам:

 

а) кожухотрубчатые теплообменники (жёсткого типа; с линзовым компенсатором на корпусе; с плавающей головкой; с U-образными трубками);

б) теплообменники типа “труба в трубе”;

в) подогреватели с паровым пространством (рибойлеры);

г)конденсаторы воздушного охлаждения.

   

Кожухотрубчатые теплообменники в настоящее время наиболее широко распространены, по некоторым данным они составляют до 80% от всей теплообменной аппаратуры.

Основными узлами конденсатора являются:

• Корпус;
• трубная система;
• водяные камеры.

 

 

 

 

Корпус конденсатора представляет собой стальную цельно сварную обечайку прямоугольного сечения с приваренным к ней днищем. Сварка корпуса производится на монтажной площадке. Для придания жесткости корпусу конденсатора к его днищу приварена рама, состоящая из поперечных балок двутаврового

сечения. Под крайними продольными балками расположены пружинные опоры конденсатора

 

Трубная система конденсатора состоит из:

 

• трубного пучка;
• двух концевых одинарных трубных досок;
• промежуточных трубных досок.

Трубный пучок состоит из гладких прямых трубок Ø28х1.5, для размещения которых в трубных досках применена ленточная компоновка. Компоновка трубного

пучка в виде многократно свернутой ленты и размещение на выступающих участках пучка «зубцов» существенно увеличивает общий периметр трубного пучка. и

тем самым достигается низкая скорость пара в периферийных рядах трубок - 50-60 м/с. Хотя величина входной скорости и невелика, для предотвращения

эрозионного износа трубок и улучшения их вибрационных характеристик толщина стенки трубок первого ряда увеличена до 2 мм.

Теплообменные трубки развальцованы на глубину 50 мм в двух одинарных трубных досках.

Опорами трубного пучка являются промежуточные трубне доски, расположенные на равных расстояниях друг от друга, в промежуточных трубных досках имеются

круглые вырезы для выравнивания давления по длине конденсатора, а также вырезы в нижней части для свободного протекания конденсата в сторону

конденсатосборников. В центре трубных досок выполнены вырезы для прохождения паровоздушной смеси к трубе отсоса воздуха.

Конденсат, поступающий в сливные трубки с выше расположенных рядов труб, отводится к трубным доскам и стекает по ним в нижнюю часть конденсатора, без

переохлаждения на нижних рядах трубок. Улавливание конденсата способствует уменьшению общего парового сопротивления конденсатора, так как при этом,

обеспечивается свободный проход пара в тупиковые проходы трубного пучка.

    Водяные камеры приварены к концевым трубным доскам по наружному контуру трубного пучка.

  Передняя водяная камера имеет  горизонтальную перегородку между ходами охлаждающей воды. К камерам с помощью фланцевого соединения съемные крышки, которые дополнительно укреплены анкерными шпильками с выступающими за плоскость шпилек концами. Плотность фланцевых соединений обеспечивается резиновыми жгутами прямоугольного сечения, закладываемым в канавки на фланцах водяных камер. Передние водяные крышки выполнены объемными и являются как бы продолжением подводов охлаждающей воды. Крышка задней водяной камеры выполнена плоской.

 

Рис.1 . Устройство конденсатора

1-корпус  конденсатора; 2,3-крышки водяных  камер; 4-трубная доска;

5-конденсаторные трубки; б-приемный паровой патрубок; 7-конденсатосборник;

8-патрубок отсоса паровоздушной смеси; 9-воздухоохладитель;

10-паронаправляющий щит; 11-входной патрубок; 12- выходной патрубок для воды; 13-разделительная перегородка;14-паровое пространство конденсатора; 15-17-входная, поворотная и выходная камера охлаждающей воды; А-вход

отработавшего пара; Б-отсос паровоздушной смеси; В,Г-вход-выход охлаждающей воды.

Конденсатор состоит из корпуса, торцевые стороны которого закрыты трубными досками, выходящими своими концами в водяные камеры. Камеры разделяются перегородкой, которая делит все конденсаторные трубки на две секции, образующие

так называемые «ходы» воды. Вода поступает в водяную камеру через патрубок и проходит по трубкам, расположенным ниже перегородки. В камере вода переходит во вторую секцию трубок, расположенную по высоте выше перегородки. По трубкам этой секции вода идет в обратном направлении, совершая второй «ход», попадает в камеру и через выходной патрубок направляет нa слив. Число ходов воды бывает от одного до четырех, в соответствии с чем устанавливается число разделительных перегородок в водяных камерах. Пap, поступающий из турбины в паровое пространство, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода. За счёт резкого уменьшения удельного объема пара в конденсаторе создается низкое давление (вакуум). Чем ниже температура и больше расход охлаждающей воды, тем более глубокий вакуум можно получить в конденсаторе. Образующийся конденсат стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора, а затем в конденсатосборник.

Удаление воздуха (точнее, паровоздушной смеси) из конденсатора производится воздухоотсасывающим устройством.

 

 

 

1.2 Сравнение данной конструкции аппарата с другими современными конструкциями; обоснование принятых конструктивных решений.

Классификация теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты можно классифицировать по следующим при-знакам: ‒ по принципу действия: поверхностные и смесительные;

   ‒ по назначению: холодильники, подогреватели, конденсаторы, испарите-ли;

   ‒ по направлению движения теплоносителей: прямоточные, противоточ-ные, перекрестного тока и др.

        Рассмотрим более подробно классификацию теплообменных аппаратов по принципу действия. В соответствии с этим классификационным признаком поверхностные аппараты можно подразделить на следующие типы в зависимо-сти от вида поверхности теплообмена:

‒ аппараты с трубчатой поверхностью теплообмена (кожухотрубчатые теп-лообменники, теплообменники «труба в трубе», оросительные теплооб-менники, змеевиковые теплообменники);

‒ аппараты с плоской поверхностью теплообмена (пластинчатые теплооб-менники, спиральные теплообменники, аппараты с рубашкой).

                                  Кожухотрубчатые теплообменники

Кожухотрубчатые теплообменники различных конструкций – наиболее распространённый тип теплообменных аппаратов. Их устройство показано на рисунках …..

Рис.2 Кожухотрубчатый теплообменник:

1 - кожух, 2 - крышки, 3 - теплообменные  трубки,

4 - трубная решетка, 5 –  фланцы,

6 – соединительное кольцо  с шпильками,

7 – прокладка, 8 – крепёж 

 

 

 

Рис.3 Трубные пучки кожухотрубчатых теплообменников: