Кожухотрубный теплообменник

– при выходе потока жидкости из теплообменных  труб в распределительную коробку (внезапное расширение)

     (3.16)

.

– при выходе потока жидкости из распределительной  коробки через штуцер (внезапное сужение)

     (3.17)

.

Для определения потерь напора в  местных сопротивлениях теплообменника, необходимо уточнить скорость смеси в распределительных камерах теплообменника

     (3.18)

.

– потери напора при входе жидкости в теплообменник из штуцера 

– потери напора при входе потока жидкости из распределительной решетки в первый ход теплообменника

– потери напора при выходе потока жидкости из теплообменных труб в распределительную камеру

– потери напора при входе потока жидкости из распределительной камеры в штуцер (3.14)

Потери в местных сопротивлениях теплообменника

Суммарные потери напора в теплообменнике (3.7)

h_т=h_{тр т}+h_{мс. т}=0,269+0,091=0,36 м.

Трубопровод от теплообменника до аппарата

Определяем значение гидравлического  коэффициента трения для гидравлически гладких труб по формуле (3.9), Re= >10⁵

Рассчитываем значение толщины  вязкого подслоя о формуле (3.7)

Так как D>d, приходим к выводу, что трубы теплообменника являются гидравлически шероховатыми и необходим пересчет коэффициента гидравлического сопротивления по формуле Френкеля.

следовательно, λ=0,021.

На рассматриваемом  участке трубопровода потери по длине  составляют по формуле (3.8)

h_l=

= ,

где

На рассматриваемом  участке трубопровода поворот под  углом 90⁰

Потери напора в  местных сопротивлениях

Суммарные потери напора на напорном участке от теплообменника до замочного чана составят по формуле (3.7)

h_н=h_l+h_мс=0,419+0,09=0,509 м.

Таким образом, общие  потери напора в насосной установке (сети) определяются, как сумма потерь на всех участках трубопровода

∑h=h_вс+h_н'+h_т+h_н      (3.19)

∑h=0,091+0,285+0,36+0,509=1,245 м.

 

3.6 Схема насоса, описание его  устройства и 

назначения основных узлов и деталей

 

Насосы типа К – горизонтальные консольные одноступенчатые, с приводом от двигателя через упругую муфту. Подвод перекачиваемой жидкости –  горизонтально по оси насоса, отвод – вертикально вверх.

Основные детали насоса: корпус  насоса, крышка корпуса, рабочее колесо, узел уплотнении вала и корпус подшипников. Корпус насоса имеет опорные лапы, которыми крепится к фундаментной плите, а корпус подшипников вспомогательную опору со стороны муфты. В нижней части корпуса предусмотрено отверстие, закрытое пробкой, для слива рабочей жидкости из полости насоса перед его длительной остановкой или разборкой.

Рабочее колесо закрытого типа закреплено па валу с помощью шпонки и гайки. Для увеличения ресурса работы насоса в корпусе и крышке корпуса  установлены сменные уплотнительные кольца. Зазор между уплотняющими кольцами и уплотнительными поясками рабочего колеса препятствует перетоку перекачиваемой насосом жидкости из области высокого давления и область низкого давлении, что обеспечивает высокий КПД насоса и снижение гидравлических усилий на ротор.

Насос имеет два варианта уплотнения вала: одинарное и двойное сальниковое. Одинарное сальниковое уплотнение применяется при перекачивании жидкости температурой до 358 К, (85 °С), двойное – при перекачивании жидкости температурой до 378 К (105 °С).

Для повышения ресурса работы насоса и предотвращения износа нала и зоне узла уплотнения на вал надета защитная втулка. Набивка сальника поджимается крышкой сальника.

Ротор насоса вращается в двух подшипниковых  опорах, расположенных в корпусе подшипников с консистентной смазкой. На корпусе в зоне размещения подшипником под установку термопреобразователей сопротивления ТСМ-0П79 ТУ 25-02.792288-80 предусмотрены два отверстия для автоматического контроля температуры подшипников. Сигнал от датчиков может быть выведен в систему управлении технологическим процессом, в том числе па базе микропроцессорной техники. Насос с двигателем устанавливаются на общей фундаментной плите.

 

3.7 Определение требуемого напора насоса и выбор марки насоса

 

Насос при работе должен сообщать жидкости, протекающей через него, энергию необходимую для ее подъема  на определенную высоту, на преодоление  разности давлений в накопительной  емкости, гидравлических сопротивлений  в трубопроводах и аппаратах. Требуемый напор насоса определим по следующей формуле

   (3.20)

где Н – высота подъема жидкости, Н=12 м;

h_вс – величина подпора жидкости, h_вс=0 м;

P_н-Р₀ – разность давления в резервуарах, Па;

∑h – общие потери в сети трубопровода и включенных в него аппаратов, м

По найденному требуемому напору Н_тр=22 м и заданной подаче V=0,123 м³/с в ряду характеристик V-H насосов типа К определяем марку насоса, соответствующую этим параметрам.

Основные  технические характеристики выбранного насоса приведены в таблице 3.2.

 

Таблица 3.2 Основные технические характеристики насоса К 50-32-125

Типоразмер  насоса	Обозначение обточки рабочего колеса	Подача, м3/ч (л/с)	Напор, м	Допускаемый кавитационный запас, м, не более	Частота вращения с-1 (мин-1)	Мощность  насоса (при плотности 1000кг/м3) кВт	КПД насоса, % не менее	Масса насоса, кг	Номер технических условий
NP 50-32-125	-	11	18	3,5	2900	1,24	48,9	24,1	ТУ 26-06-1390-84

 

 

3.8 Построение характеристик насоса и трубопровода. Определение рабочей точки насоса

Характеристика трубопровода –  это зависимость требуемого напора от подачи. Она может быть засчитана по формуле

H_тр=Н_ст+bV²      (3.21)

где b – коэффициент пропорциональности, зависящий от условий эксплуатации трубопроводов насосной установки.

Определим значение коэффициента пропорциональности b воспользовавшись зависимостью , откуда

      (3.22)

где ∑h – потери напора в трубопроводах и аппаратах насосной установки, м;

       V –подача насоса на сеть, м³/с.

.

Задаваясь различными значениями V, по формуле (3.21) рассчитаем соответствующий принятой подаче, полученные данные сведем в таблицу 3.3.

 

Таблица 3.3

Подача Q		Статический напор Нст, м	bV2	Нтр
м3/с	м3/ч
0 1,0·10-3 2,0·10-3 3,0·10-3 4,0·10-3 5,0·10-3 6,0·10-3	0 3,6 7,2 10,8 14,4 18 21,6	12 12 12 12 12 12 12	0 0,344 1,376 3,097 5,505 8,602 12,387	12 12,344 13,376 15,097 17,505 20,602 24,387

 

По рассчитанным значениям строим характеристику сети Q – H_тр., накладывая её на рабочую характеристику насоса Q – H (рис. 3.3). Точку А пересечения характеристик насоса и сети называют рабочей точкой насоса, ей соответствуют подача Q_A=4,3·10^-3 и напор H_A=18 м. Так как полученная подача Q_A=4,3·10^-3 м³/с равна заданной Q_з=4,3·10^-3  , то регулировать работу насоса на сеть не надо.

 

Рис. 3.3 Рабочие характеристики насоса К50-32-125

 

4. Технологическая схема

 

Исходная смесь 7.9.1 из промежуточной емкости СИС центробежным насосом Н3 подается в теплообменник Т1, где подогревается до температуры кипения насыщенным водяным паром 2.2. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну КР на тарелку питания (верхнюю тарелку исчерпывающей части колонны), где смешивается с флегмой 7.9.2 из укрепляющей части колонны.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует  с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой  жидкости в кипятильнике К. В результате этого из жидкости удаляется легколетучий компонент.

Пар 2.9, обогащенный низкокипящим компонентом, поднимается вверх по колонне  и поступает в дефлегматор  Д. Из дефлегматора сконденсировавшийся  пар 7.9.2 поступает в распределительный  стакан РС, где конденсат разделяется на два потока: один (флегма) возвращается на орошение колонны, второй (дистиллят) поступает в холодильник дистиллята ХД и далее в промежуточную емкость СД.

Из кубовой части колонны  непрерывно отводится кубовый остаток 7.9.3 — продукт, обогащенный высококипящим компонентом, который охлаждается в теплообменнике Т2 и направляется в емкость СКО.

Подогреватель исходной смеси и  кипятильник обогреваются насыщенным водяным паром 2.2, образовавшийся конденсат 1.8 возвращается на ТЭЦ.

Охлаждающая вода 1.6 нагревается в холодильниках и дефлегматоре и поступает для охлаждения на градирню. После охлаждения вода возвращается в цикл.

В рассмотренной схеме не учитывается  возможность рационального использования теплоты.

Схема автоматизирована. Основными  регулируемыми параметрами являются: 1) состав жидкости в верхней и нижней частях колонны; 2) расход и температура исходной смеси; 3) давление в верхней части колонны; 4) температура и уровень жидкости в кубе.

Стабилизация состава жидкости в верхней части колонны осуществляется путем изменения расхода флегмы, в нижней части колонны — расходом греющего пара.

Расход исходной смеси стабилизируется  при помощи регулятора расхода. Диафрагма  и исполнительное устройство этого  регулятора устанавливаются до теплообменника, так как после нагрева исходной смеси до температуры кипения поток жидкости в теплообменнике содержит паровую фазу, что нарушает работу диафрагмы и исполнительного устройства.

Если исходная смесь поступает  в колонну с меньшей температурой, чем температура кипения, то ее нужно подогреть парами, идущими из нижней части колонны. Конденсация паров при этом увеличивается, что нарушает весь режим процесса ректификации. Поэтому температуру исходной смеси стабилизируют изменением расхода пара, подаваемого в подогреватель Т1.

Стабилизация давления в верхней  части колонны необходима не только для поддержания заданного состава  целевого продукта, но и для обеспечения  нормального гидродинамического режима колонны. Давление стабилизируется путем изменения подачи охлаждающей воды, подаваемой в дефлегматор.

При уменьшении температуры жидкости в кубе при помощи регулятора температуры увеличивается расход пара в кипятильнике. Уровень жидкости в кубе стабилизируется путем изменения расхода кубового остатка.

Схемой предусмотрена стабилизация уровней жидкости в сборниках.

 

 

 

Заключение

 

В результате расчета курсовой работы:

– был выбран кожухотрубчатый теплообменник, что было обусловлено площадью поверхность  теплообмена, а также необходимостью достичь максимальной отдачей тепла от конденсата водяного пара воде;

– был произведен гидравлический расчет трубопровода на участке подачи воды от резервуара до теплообменного аппарата и аппарата;

– был подобран насос;

– были получены необходимые навыки проектирования теплообменного аппарата и гидравлического расчета системы трубопроводов.

 

 

Список использованных источников

 

1 Процессы и аппараты химических  и пищевых производств (пособие  по проектированию) /А.В. Логинов,  Н.М. Подгорнова, И.Н. Болгова; Воронеж.  Гос. Технол. Акад. Воронеж, 2003. 264 с.

2 Выбор конструкции и экономически целесообразного режима эксплуатации теплообменных аппаратов: Учеб. Пособие / А.В. Логинов; Воронеж. технол. институт. Воронеж, 1993. 80 с.

3 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков  А.А. Примеры и задачи по  курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л., “Химия”, 1976.-552 с.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков  А.А. Примеры и задачи по  курсу процессов и аппаратов  химической технологии. Изд.10-е, пер.  и доп. – Л., “Химия”, 1987.-586 с.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-у изд., перераб. И дополн. М.: Химия, 1991. – 496 с.

6. Основы конструирования и расчета  химической аппаратуры. Лащинский  А.А., Толчинский А.Р., Л., “Машиностроение”. 1970, 752с.

7. «Насос и насосные установки  пищевых предприятий»: Учеб. пособие/  А.В. Логинов, М.И. Слюсарев, А.А.  Смирных; Воронеж. гос. технол. акад. Воронеж, 2001. – 220 с.