Теплообміник для охолодження сумішей метанол - вода

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни:

,,Обладнання підприємств галузі”

 на тему:

„Теплообміник для охолодження сумішей метанол - вода”

 

 

 

 

 

 

Виконав

 студент гр.ІМ-4

Драганчук М.Б.

Керівник проекту 

Дмитрук І.М.

 

 

 

Рівне 2013

ЗМІСТ

 

Вступ......................................................................................................................1

1. Опис технологічної схеми підключення апарата…………………..…………..2
2. Опис принципу роботи обладнання……………………………………………..5

2.1.Опис принципу роботи обладнання телообміника для охолодження метанол вода……………………………………………………………………………………..5

2.2. Огляд конструкцій теплообмінників……………………………………….…..6

3. Розрахунки…………………………………………………………………………20
4. Технітне обслуговування та ремонт обладнання…………………………........31

4.1. Ремонт кожухотрубного теплообмінека для охолодження метанол-вода...33

5. Охорона праці та техніка беспекі………………………………………………. .34

5.1. Вентиляція…………………………………………………………………………………..34

5.2. Протипожежні заходи……………………………………………………………………....35

5.3. Електро безпека……………………………………………………………………………..35

5.4. Беспека житі  діяльності…………………………………………………………………….36

6. Список використаної літератури…………………………………………………………… 38                                                                                                                                                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Нагрівання й охолодження рідин і газів належать до найпоширеніших процесів у різних галузях харчової та нафто-газопереробної промисловості. Залежно від температурних та інших умов ведення процесу застосовують різноманітні методи нагрівання й охолодження. Для кожного конкретного процесу доводиться вибирати технологічно та економічно найдоцільніший метод нагрівання і відповідні теплоносії.

Апарати, призначені для  нагрівання й охолодження, називаються  теплообмінниками. За технологічним призначенням та конструктивним оформленням такі апарати досить різноманітні.

В основі теплообмінника лежить процес теплопередачі від гарячого теплоносія до холодного, рушійною силою теплового процесу є різниця температур між теплоносіями.

Так як харчові продукти дуже чутливі  до змін температури, то розрахунок i підбір конструкції теплообмінника посідає  важливе місце при проектуванні апаратів.

Отже, дана курсова робота спрямована на розрахунок оптимального варіанту елементного кожухотрубного теплообмыника який повинен забезпечити охолодження рідини до певної температури та з певною продуктивністю, з найменшими затратами на виготовлення теплообмінника та на його експлуатацію.

Теплообміном називають процес передачі теплоти від одного тіла до другого. Необхідною і достатньою умовою для теплообміну є різниця температур між цими тілами. Мірою теплообміну вважають кількість переданої теплоти.

Речовини, які беруть участь у процесі теплообміну, називають  теплоносіями. Речовину з вищою температурою називають гарячим теплоносієм (водяна пара, гаряча вода, нагріте повітря, димові гази, гарячі мінеральні масла), а речовину з нижчою температурою – холодним (вода, повітря, ропа, аміак, фреони).

 

 

 

 

1.Опис технологічної схеми підключення апарату.

Ректифікацією називається  мсообмінний процес розділення рідких гомогенних сумішей й летучих  компонентів шляхом багатократного послідовно повторних процесів випаровування і конденсації.

Для практичної  реалізації такого процесу необхідним умовами  являєтиться те що парова і рідка  фази до вступання в контакт між  собою повинні находитись в нерівномірному стані. Оскільки тиск для фаз залишається  однаковим постійним, то, відповідно температури фаз повинні бути різними. При контакті між фазами відбувається теплообмін: температура пара вище температури рідини, відповідно, пар конденсується і відає своє тепло рідині, яка в свою чергу випаровується. Так як система намагається досягти рівноваги, то температури утворюючих ся парів і рідин вирівнюються.

Подібне багаторазове контактування  парів і рідин в практиці виконують  в ректифікаційних колонах, об’єм  яких заповнений контактними пристроями для формування поверхні контакту фаз. Як правило, ректифікаційні колони діють по принципу протитечії в цілому по всьому апарату, в той час як на кожній іншій ділянці формування поверхні контактна фаз, схеми взаємодії фаз можуть бути самими різноманітними. Для забезпечення не рівноважних станів пари і рідини в нижню частину колони підводиться теплота відбирається. Схема ректифікаційної установки безперервної дії для розділення бінарної суміші приведена на рис 2.1.

Вихідна суміш, з вмістом ниськокиплячого  компонента Xf в кількості F поступає на живильну тарілку з температурою t. На живильній тарілці відбувається процес однократного випаровування (ОИ), в результаті якого утворюється парова фаза, збагачена ВК. Рідка фаза стікає з живильної тарілки вниз і поступає в куб колони, де відбувається інтенсивне випаровування. Утворений пар подається в низ колони і рухається на зустріч стікаючій рідині. На всьому шляху відбувається тепломасообмін  між парою і рідиною, т.к.  поступаючій на кожну тарілку пар має температуру більшу ніж рідина, поступаюча на цю тарілку зверху. В результаті

масообміну на виході із колони пар дистиляту вміщує головним образом ниськокипячий компонент, а рідина в кубі колони – в основному висококипячий компонент.

 

Рис.1.1. Схема ректифікаційної установкі бесперервної дії для розділення бінарних сумішей.

1. ректифікаційна колона; 2- підігрівач вихідної суміші; 3 –дефлегматор; 4 – кип’ятильник (куб) колони; 5 –теплообміник.

 

Вихідна суміш, з вмістом ниськокиплячого  компонента Xf в кількості F поступає на живильну тарілку з температурою t. На живильній тарілці відбувається процес однократного випаровування , в результаті якого утворюється парова фаза, збагачена ВК. Рідка фаза стікає з живильної тарілки вниз і поступає в куб колони, де відбувається інтенсивне випаровування. Утворений пар подається в низ колони і рухається на зустріч стікаючій рідині. На всьому шляху відбувається тепломасообмін  між парою і рідиною, т.к.  поступаючій на кожну тарілку пар має температуру більшу ніж рідина, поступаюча на цю тарілку зверху. В результаті

масообміну на виході із колони пар дистиляту вміщує головним образом ниськокипячий компонент, а рідина в кубі колони – в основному висококипячий компонент.

Вихідний пар дистиллята із колони підлягає процесу дефлегмації з подальшим розділенням потоку на продукти (Р) з вмістом НК Хр і рідку фазу, флегму в кількості (Ф) з вмістом НК Хф. Флегма подається зрошення колони з верху. Високій вміст НК в потоці флегми предоприділяє, що у верхній частині колони (від живильної тарілкі верх) відбувається, головним чином, укріплення парової фази ниськокипячим компонентом. По тій причині верхня частина колони називається укрипляючою або концентраційною. Нижня частина колони (від живильної тарілки вниз) називається вичерпуючою або відгоню частиною, тому що саме в цій частині проходить основнй відгон НК з рідини в пар. В самому випадку зрошені колони флегмою можуть виконувати по різним варіантам.

Однак з цілю упрощення розрахунків пропонується слідуючій варіант зрошення: пар дистиллята склад Уg поступає в дефлегматор, де проходить його повна конденсація і потім утворившийся конденсат розділяють на два потокі: гаряча флегма подається на зрошення, а та котра залишилася частина конденсата, проходить через холодильник, виводиться з установкі і поступає у вигляді готового продукту Р з вмістом НК Хр  в рефлексною ємкість. Вихідна суміш в кількості F з вмістом НК Хf може подаватися на живильну тарілку в колону в різних станах і при різноманітній темпертурі. Частіше всього вихідна суміш перед цім підігрівається в теплообмінику до температури кіпіня і подається у вигляді кипячої рідини. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Опис принципу роботи  обладнання

2.1 Опис принципу  роботи теплообмінника для охолодження суміші метанол-вода

Двоходовий  горизонтальний теплообмінник типу Н (рис. 2.1) складається з циліндричного зварного кожуха 8, розподільної камери 11 і двох кришок 4. Трубний пучок утворений трубами 7, закріпленими в двох трубних гратах 3. Трубні решітки приварені до кожуха. Кришки, розподільна камера і кожух з'єднані фланцями. У кожусі і розподільної камері виконані штуцера для введення і виведення теплоносіїв з трубного (штуцера 1, 12) і міжтрубного (штуцера 2, 10 просторів. Перегородка 13 в розподільчій камері утворює ходи теплоносія по трубах. Для герметизації вузла з'єднання подовжній перегородки з трубної гратами використана прокладка 14, укладена в паз решітки 3.

 

Рис. 2.1. Двоходовий горизонтальний теплообмінник з нерухомими гратами

Оскільки інтенсивність  тепловіддачі при поперечному обтіканні  труб теплоносієм вище, ніж при поздовжньому, в міжтрубному просторі теплообмінника встановлені зафіксовані стяжками 5 поперечні перегородки 6, забезпечують зигзагообразное по довжині апарату рух теплоносія в міжтрубному просторі. На вході теплообмінної середовища в міжтрубний простір передбачений відбійник 9 - кругла або прямокутна пластина, що оберігає труби від місцевого ерозійного зношування.Кожухотрубчасті конденсатори призначені для конденсації пари в міжтрубному просторі, а також для підігріву рідин і газів за рахунок теплоти конденсації пари. Вони можуть бути з нерухомою трубної гратами або з температурним компенсатором на кожусі, вертикальні або горизонтальні. Відповідно до ГОСТ 15121-79, конденсатори можуть бути двох-, чотирьох-і шестіходовимі по трубному простору. Від холодильників вони відрізняються великим діаметром штуцера для підведення пари в Міжтрубний простір.Для відведення конденсату і запобігання проскакування пара в лінію відводу конденсату теплообмінні апарати, що обігріваються насиченою водяною парою, повинні забезпечуватися конденсатовідвідники.

 

2.2 Огляд конструкцій  теплообмінників 

Кожухотрубні теплообмінники через простоту конструкції та надійність є на

сьогоднішній день найпоширенішими  апаратами серед рекуперативних теплообмінників, що використовуються у промисловості. У промисловості теплообмінні апарати застосовують для нагрівання „гарячим” теплоносієм „холодного” та охолодження або нагрівання різних речовин до заданих параметрів. Гарячим теплоносієм прийнято називати робоче тіло, яке віддає теплоту, а холодним теплоносієм – речовину, що сприймає цю теплоту. В якості гарячого теплоносія (у відповідності до умови завдання) було обрано

 насичену пару низького  тиску,а в якості холодного  – водний розчин солі, кислоти  або технічну воду.

Кожухотрубний теплообмінний апарат, який складається з пучка труб, закріплених в трубних решітках та обмежених кожухом,кришками тощо. Трубний та міжтрубний простори, в яких рухаються гарячий та холодний теплоносії, відокремлені один від одного поверхнею теплообміну, причому кожен із цих просторів може бути розділено перегородками на декілька ходів. Отже, теплообмінний апарат складається з кожуху , в якому розміщена трубчатка , яка в свою чергу складається з двох трубних решіток та пучка труб , які з’єднуються з трубними решітками за допомогою розвальцювання чи зварювання. Для підведення

та відведення теплоносіїв (насичена пара, конденсат, водний розчин) аппарат оснащено патрубками чи штуцерами. З торців апарат обмежено кришками . З метою підтримання потрібної швидкості теплоносіїв (для забезпеченнявисоких коефіцієнтів тепловіддачі) та для зменшення вібрації трубного пучка втеплообмінному апараті встановлено перегородки, які розділяють трубний та міжтрубний простори на секції, при цьому забезпечується певна послідовність проходження теплоносіїв, як у трубному, так і у міжтрубному просторах. Для приєднання частин трубопроводів, арматури до патрубків вводу виводу теплоносіїв та для з’єднання окремих вузлів апарата використовують фланці. Крім того, для надійної та безпечної роботи при з’єднанні вузлів апарата застосовують ущільнювальні прокладки. Теплообмінний апарат на місці експлуатації встановлюють на опори.

Ще одним важливим елементом конструкції апарата  є температурні компенсатори (не зображено  на рисунку), які призначені для зменшення додаткових напружень, які виникають в місцях з’єднання частин апарата, що мають різні температури (особливо важливим є з’єднання труб з трубною решіткою). Тому, теплообмінні апарати в яких, різниця температур кожуха та труб буде більшою 50-60 °С, потребують наявності температурних компенсаторів, а апарати, в яких, температурний перепад менше вищезгаданого, мають жорстку конструкцію з нерухомою трубною решіткою. В подальшому будемо розглядати лише теплообмінники з нерухомою трубною решіткою. Вони, як правило, використовуються в тих випадках, коли нема необхідності в механічному очищенні міжтрубного простору. Тому, у трубний простір завжди подають рідину, яка при нагріванні може виділяти нерозчинний осад на стінках труб, а в міжтрубний простір подають чисту рідину або пару.