На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа "Расчет аппарата воздушного охлаждения"

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 31.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 41. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет» 
 

Кафедра «Технология нефтяного аппаратостроения» 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
     «Процессы и аппараты химических производств»
     на тему «Расчет аппарата воздушного охлаждения» 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил:                                                                            ст. гр. МК-0
                                                                                                     

     Проверил:                                                                            Н.В. Жаринова 
 
 
 
 

     Уфа 2010
    СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ 3
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 4
    1.1  Назначение технологического процесса, роль данного аппарата в этом процессе 4
    1.2  Техническая характеристика аппарата 7
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 11
2  РАСЧЕТ И ПОДБОР ТЕПЛООБМЕННИКА 12
2.1  Определение теплофизических свойств продукта 12
2.2  Тепловая нагрузка и предварительный подбор АВО 13
2.3   Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 15
2.4  Определение коэффициента теплоотдачи при конденсации продукта и определение площади поверхности теплообмена в зоне конденсации 17
2.5   Определение коэффициента теплоотдачи на участке охлаждения конденсата и поверхности теплообмена этого участка 19
3  АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 22
3.1  Расчет аэродинамического сопротивления пучка труб 22
3.2   Расчет мощности электродвигателя к вентилятору 24
4 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ 25
4.1  Определение размеров крышки и трубной решетки секции 25
4.2  Определение расчетного болтового усилия и проверка на прочность болтов 29
4.3  Расчет трубной решетки 32
4.4  Расчет крышки 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 41 
 
 
 
 
 

 


      ВВЕДЕНИЕ

 
      Широкое распространение в промышленности получили аппараты воздушного охлаждения (АВО), в которых в качестве охлаждающего агента используется поток атмосферного воздуха, нагнетаемый специально установленными вентиляторами.
      Использование аппаратов этого типа позволяет осуществить значительную экономию охлаждающей воды, уменьшить количество сточных вод, исключает необходимость очистки наружной поверхности теплообменных труб. Такие аппараты используются в качестве конденсаторов и холодильников.
      Сравнительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны потока воздуха, характерный для этих аппаратов, компенсируется значительным оребрением наружной поверхности труб, а также сравнительно высокими скоростями движения потока воздуха.
      Аппараты воздушного охлаждения различного типа изготовляются по соответствующим стандартам, в которых предусмотрены большие диапазоны по величине поверхности, степени оребрения и виду конструкционного материала, используемого для их изготовления (сталь различных марок, латунь, алюминиевые сплавы, биметалл).
      Аппараты воздушного охлаждения (АВО) подразделяются на следующие типы: горизонтальные АВГ, зигзагообразные АВЗ, малопоточные АВМ, для вязких продуктов АВГ-В, для высоковязких продуктов АВГ-ВВ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 

      Назначение технологического процесса, роль данного аппарата в этом процессе 

     Депарафинизация -- процесс, направленный на удаление нормальных парафиновых углеводородов из керосино-газойлевых и масляных фракций нефти. При ней происходит извлечение из нефтепродуктов (дизельных топлив, смазочных масел и др.) высокоплавких высших (начиная с С10) алифатических углеводородов. Так как нормальные углеводороды обладают высокой температурой застывания, их удаление из фракции снижает температуру застывания. Например, если исходная фракция имеет температуру застывания +10 градусов Цельсия, то после депарафинизации температура застывания может составить ?50 градусов Цельсия.
     Назначение процесса депарафинизации - удаление из масел высокозастывающих твердых углеводородов - парафинов, с целью получения масел с достаточно низкими температурами застывания. Депарафинированные масла должны обладать свойствами подвижности (текучести) при температуре их применения. Свойство подвижности необходимо для применения масел при низких температурах в зимних условиях, для облегчения процесса запуска двигателей, для возможности обеспечения нормальной циркуляции в аппарате с целью отвода тепла, выделяемого его рабочими узлами. На установке депарафинизации получают средневязкое, вязкое, высоковязкое, смесевое, остаточное депарафинированное масло и, соответственно, выделяются нежелательные компоненты масел в виде гача-петролатума. Депарафинированные масла являются промежуточными продуктами в процессе производства компонентов товарных масел. В процессе депарафинизации остаточного и смесевого сырья получается петролатум.
      1 - нагреватель сырья; 2 - регенеративный теплообменник; 3 - холодильник; 4 - промежуточный сборник; 5 - барабанный фильтр с поддоном; 6, 7 - аппараты для отгонки растворителя соответственно из фильтрата и парафиновой лепешки
Рисунок 1 - Принципиальная схема депарафинизации нефтепродуктов с применением растворителей
     Принципиальная технологическая схема включает (см. рис. 1.1): разбавление нефтепродукта; охлаждение смеси (посредством сжиженных аммиака, пропана или этана); фильтрование образовавшейся суспензии на барабанных фильтрах с получением фильтрата - раствора депарафинизированного продукта и парафиновой лепешки, содержащей растворитель. Последний удаляют отгонкой и направляют для повторного использования. Объемное соотношение растворитель-сырье может составлять от 2 до 5 в зависимости от характера и вязкости нефтепродукта.
     Депарафинизацию вязких продуктов осуществляют с помощью легкокипящих растворителей, плохо растворяющих парафины и хорошо растворяющих остальные компоненты исходных нефтепродуктов. Растворителями обычно служат смеси метилэтилкетона или ацетона с толуолом (иногда с бензолом), дихлорэтана с хлористым метиленом, высшие кетоны, жидкий пропан. При депарафинизации маловязких топлив и масел их смешивают с водным или спиртовым раствором карбамида, который образует с нормальными парафинами комплексы - клатраты (карбамидная депарафинизация). К смеси для снижения вязкости среды и улучшения массообмена добавляют растворитель (изооктан, бензин, хлористый метилен), а для ускорения комплексообразования - активаторы (низший алифатический спирт, кетон и т. п.). Клатрат отделяют отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием и др. Микробиологическая депарафинизация нефтяных топлив заключается в избирательном окислении некоторыми микроорганизмами парафинов нормального строения. Процесс осуществляется в водной среде при перемешивании воздухом. Депарафинизированный продукт отделяют фильтрованием или отстаиванием. Каталитическую депарафинизацию проводят для снижения температуры застывания нефтепродуктов. Процесс состоит в их обработке водородом в присутствии специального катализатора при температуре 360-420 °С, давлении 4-8 МПа и объемной скорости подачи сырья 0,5-4 ч-1.
     Полученные в результате депарафинизации парафины и церезины после очистки служат ценным сырьем в нефтехимической и др. отраслях промышленности.
     Депарафинизация применяется в основном для производства минеральных масел, гораздо реже для производства зимнего и арктического дизельного топлива. Принципиально используют две технологии депарафинизации:
- сольвентную. Определенный растворитель смешивают с исходной фракцией. Далее смесь охлаждают до требуемой температуры застывания, выпадающие в осадок нормальные парафины отфильтровывают, растворитель отгоняют от целевого продукта;
- каталитическая. На избирательных катализаторах при высоком давлении, температуре и избытке водорода длинные молекулы нормальных парафинов расщепляются и изомеризуются.
     Установка депарафинизации состоит из отделения кристаллизации, фильтровального отделения, отделения регенерации и осушки депарафинированного масла, отделения инертного газа, холодильного отделения. 
 

      1.2 Техническая характеристика аппарата 

      На рисунке 2.1 представлен аппарат горизонтального типа, в котором оребренные пучки теплообменных труб расположены горизонтально, а на рисунке 2 -- аппараты, где пучки труб расположены в виде шатра и зигзагообразно. Размещение пучков оребренных труб в виде шатра и зигзагообразное позволяет иметь большую поверхность теплообмена при той же занятой площади.

       1- секция оребренных труб; 2-колесо вентилятора;3- электродвигатель; 4- коллектор впрыска очищенной воды; 5-жалюзи.
      Рисунок 2 - Схема горизонтального аппарата воздушного охлаждения
      Для повышения эффективности аппарата в его конструкции предусмотрен коллектор впрыски очищенной воды 4, автоматически включающийся при повышенной температуре окружающей воздушного охлаждения среды в летний период работы. При низких температурах (зимой) можно отключать электродвигатель и вентилятор; при этом конденсация и охлаждение происходят естественной конвекцией.
      Кроме этого интенсивность теплосъема можно регулировать, меняя расход прокачиваемого воздуха изменением угла наклона лопастей вентилятора. Для этого в аппаратах воздушного охлаждения предусмотрены механизм дистанционного поворота лопастей с ручным или пневматическим приводом и жалюзи, установленные над теплообменными секциями. Жалюзийные заслонки можно поворачивать вручную или автоматически с помощью пневмопривода.
     В зимнее время возможна опасность переохлаждения конденсируемого в аппарате продукта. Во избежание этого под теплообменными секциями можноустанавливать змеевиковый подогреватель воздуха, выполненный также из оребренных труб.
      Теплообменная секция аппарата воздушного охлаждения состоит из четырех, шести или восьми рядов труб 3, размещенных по вершинам равносторонних треугольников в двух трубных решетках 1. Трубы закреплены развальцовкой или развальцовкой со сваркой. Секции могут быть одно- и многоходовыми. В многоходовых секциях воздушного охлаждения, где объем охлаждаемой среды уменьшается по мере его движения по трубам, последовательно по ходам уменьшается и число труб.
      Для обеспечения жесткости трубного пучка секция укреплена металлическим каркасом 4. Однако при эксплуатации гайки на шпильках 2, соединяющих решетку с каркасом, должны быть отвинчены на расстояние, превышающее возможное температурное удлинение труб.
      В трубном пучке каждая труба может иметь индивидуальный прогиб. Для исключения контакта ребер верхнего ряда труб с ребрами труб нижнего ряда между соседними рядами в нескольких местах по длине трубы помещают дистанционные прокладки 5 шириной около 15 мм из алюминиевой ленты толщиной 2 мм. 
 
 
 
 
 
 



а -- шатровый; б -- зигзагообразный
      Рисунок 3 - Схемы аппаратов воздушного охлаждения АВЗ
      Крышки 6 крепят к трубным решеткам теплообменных секций при высоком давлении неразъемно или на шпильках. Если секция аппарата многоходовая, крышки снабжают перегородками, которые делят трубный пучок на ходы. Съемные крышки обычно выполняют литыми из стали.Как указано, трубы в аппаратах воздушного охлаждения имеют оребрение по наружной поверхности, поскольку коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности труб примерно на порядок меньше коэффициента для внутренней поверхности.
      В аппаратах воздушного охлаждения используют вентиляторы с диаметром колеса до 7 м. Колеса вентиляторов изготовляют сварными из алюминия или из стеклопласта, диффузор -- из листовой стали толщиной 2 мм. Холодильники АВГ с трубами длиной 8 м комплектуют двумя одинаковыми вентиляторами и электродвигателями (по одному вентилятору и двигателю на каждые 4 м длины труб).
      Электродвигатели привода могут быть одно- и двухскоростными. При использовании двухскоростных электродвигателей с понижением температуры окружающей среды можно работать при меньшей частоте вращения вентилятора. 
 


      Рисунок 4 -  Теплообменная секция АВО

    ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 
    Подобрать АВО для конденсации и охлаждения паров, отводимых с верха ректификационной колонны. Установка депарафинизации, расположенная в городе Красноярск. Продукт - фенол. Производительность G=12000кг/час. Давление на входе Pвх=0,2 МПа. Начальная температура продукта Tвх=160°C, конечная температура Tвых= 50°C.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     2 РАСЧЕТ И ПОДБОР ТЕПЛООБМЕННИКА

 
    2.1  Определение теплофизических свойств продукта 

    Поскольку трубное пространство аппарата по принципу действия близко к аппаратам идеального вытеснения, его можно разделить на две зоны: конденсации и охлаждения конденсата. В зоне конденсации температуру можно принять постоянной и равной Tвх, а в зоне охлаждения конденсата теплофизические свойства определяются при средней его температуре. Все свойства конденсата удобно представить в таблице: 

Таблица 1 - Теплофизические свойства конденсата
Продукт: фенол
Плот-ность, кг/м3 Дин. вязкость, ПаЧс
Уд. Теплоем-кость, Дж/кгЧК Теплопро-водность, Вт/мЧК
Уд.теплота конденсации, Дж/кг
Т1вх=160°C r1=1018 m1=0,25*10-3 С1=3,22*103 l1=0,21 r=511*103
Т2=0,5Чвхвых)=105°C r2=1040 m2=0,82*10-3 С2=3,22*103 l2=0,21 -
 
    Зависимость плотности от температуры выражается линейным уравнением: 

     ,                                     (1.1) 

где - соответственно плотности при искомой температуре t и 20°С, г/см3;
a - температурный коэффициент по линейной зависимости от : 

,                            (1.2) 

;

(кг/м3);

(кг/м3).
 

    2.2 Тепловая нагрузка и предварительный подбор АВО 

    Тепловая нагрузка аппарата складывается из тепла конденсации продукта и тепла его охлаждения до конечной температуры: 

    Q = Q1 + Q2      (1.3) 

    Количество тепла, выделяющегося при конденсации, определяем по формуле: 

    Q1 = GЧr,      (1.4) 

    
(Дж/ч).
 

    Количество тепла, выделяющегося при охлаждении конденсата: 

    Q2 = GЧ (qTвх - qТвых) = GЧc2Чвх - Твых),   (1.6) 

    где qTвх,qТвых- энтальпия конденсата при температуре входа и выхода соответственно. 

    
(Дж/ч).
 

(Дж/с).
 
 

Определяется необходимая теплопередающая поверхность: 

      ,     (1.7) 

    где q - теплонапряженность аппарата, Вт/м2. 

    При предварительном подборе аппарата воздушного охлаждения выбирается величина теплонапряженности, отнесенная к оребренной поверхности. Для всех типов АВО величина теплонапряженности принимается равной: 

    q = 1000 ё 2100 (Вт/м2). 

    Примем q = 1000 Вт/м2, тогда 

    
2).
 

    В соответствии с полученным значением поверхности F подбираем соответствующий аппарат воздушного охлаждения.
    Предварительно выбираем аппарат воздушного охлаждения зигзагообразного типа с коэффициентом оребрения труб 14,6, с 4 рядами труб, с 8 ходами по трубам, общее количество труб в секции 82,в аппарате 492,в одном ходу 21, длина труб 6 м,  с поверхностью теплообмена 3750 м2, внутренний диаметр трубок 0,022 м.
 

     2.3 Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 

    Приведенный коэффициент теплоотдачи, отнесенный к наружной поверхности условно неоребренной трубы для труб с накатанными ребрами при коэффициенте оребрения 14,6, можно определить из выражения: 

    aпр = с1Чa2      (1.8) 

     ,     (1.9) 

    где wуз - скорость воздуха в узком сечении пучка труб, м/с;
      lв, rв, mв - свойства воздуха при средней температуре;
      с1, с2 - множители, которые в зависимости от коэффициента оребрения имеют следующие значения: при jор =14,6, с1=0,65 и с2 =0,48.
Скорость воздуха в узком сечении определяется из уравнения расхода: 

     ,     (1.10)  

    где fм - наименьшая площадь сечения межтрубного пространства, м2;
    Vв - расход воздуха, м3/с. Определяется при средней температуре воздуха tср из уравнения теплового баланса (1.12).
При коэффициенте оребрения jор =14,6 и длине труб L = 6 м fм=11,4 м2.
Средняя температура воздуха определяется по уравнению: 

    tср = 0,5Ч3 + Т4)     (1.11) 

    где Т3 - температура воздуха на входе в аппарат, °С;
    Т4 - температура воздуха на выходе из аппарата, °С. 

    При расчете аппаратов воздушного охлаждения необходимо обоснованно выбирать расчетную (проектную) температуру воздуха на входе в аппарат. В качестве расчетной рекомендуется принимать среднюю температуру сухого воздуха в 13 часов дня наиболее жаркого месяца в году. Снижение расчетной температуры воздуха может привести к понижению производительности технологических установок в летнее время, а чрезмерное завышение расчетной температуры значительно увеличит капитальные затраты.
    Температура воздуха на выходе из аппарата принимается на 10-15°С выше конечной температуры охлаждаемой жидкости, но не более 60 °С. 

    tср=0,5Ч(24,2 + 60)=42,1°С=315,1К. 

    Уравнение теплового баланса: 

     ,   (1.12) 

    где G1 - производительность аппарата, кг/час;
      qTвх,qТвых- энтальпия конденсата при температуре входа и выхода соответственно, кДж/кг;
      G2 - количество необходимого воздуха, кг/час;
      Ср3, Ср4 - теплоемкость воздуха при начальной (Т3, °С) и конечной температуре (Т4, °С), кДж/кгЧК.
      Из уравнения (1.12) объемный расход воздуха: 

      ,    (1.13) 

                               3/с); 

                                        (м/с); 

    
.
 

    2.4 Определение коэффициента теплоотдачи при конденсации продукта и определение площади поверхности теплообмена в зоне конденсации 

          Коэффициент теплоотдачи со стороны продукта будет иметь одно и то же значение как в случае использования гладкой наружной поверхности трубы, так и в случае оребренной. Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны конденсирующихся паров продукта определяют по формуле: 

         (1.14) 

          где КL - поправочный коэффициент, учитывающий длину горизонтальных труб: при длине труб 6 метров коэффициент KL = 0,7;
      С - поправочный коэффициент (для горизонтальных труб С=0,72);
      l - определяющий геометрический параметр (для горизонтальных  
труб l=dвн);

      ts - температура конденсации, ?С;
      tw - температура стенки, на которой конденсируется пар, ?С.
    Так как коэффициент теплоотдачи ?к зависит от перепада температур в пленке конденсата ?tкон= ts - tw = Т1 - tст1, то тепловой расчет должен проводиться методом подбора температуры стенки tст1 со стороны конденсирующегося пара. Этот расчет сопряжен с решением системы уравнений: 

     ,  (1.15) 

     где rз1, rз1 - термические сопротивления загрязнений от углеводородов и от воздуха соответственно;
          ?ст - толщина стенки;
          ?ст - теплопроводность материала стенки. 

     ,    (1.16) 

                            где ,
,

                                         . 

    
,
 

,
 

.
 

    Результаты расчета удобнее представлять в таблице:
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.