Проектирование теплообменника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Общая часть
• 1.1 Теория теплообмена
• 1.2 Интенсификация процесса теплообмена
• 2. Технологическая часть
• 2.1 Описание технологической схемы и технологического процесса
• 2.2 Характеристики исходного сырья и изготавливаемой продукции
• 3. Расчетная часть
• 4. Промышленная безопасность, охрана труда и окружающей среды
• 4.1 Мероприятия по технике безопасности при обслуживании теплообменного аппарата
• 4.1.1 Требования к персоналу
• 4.1.2 Территория, помещения и рабочие места
• Список литературы

Введение

Теплообменник - теплообменный аппарат, устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителем и поверхностью твёрдого тела.

Объектом проектирования является рекуперативный теплообменник, предназначенный для улавливания тепла Изот удаляемых из зоны горения плавильной печи дымовых газов с одновременным нагревом воздуха, нагнетаемого в печь в зону горения.

Цели и задачи курсовой работы:

Различают конструктивный и поверочный тепловой расчет теплообменного аппарата.

Цель конструктивного расчета состоит в определении величины рабочей поверхности теплообменника, которая является исходным параметром при его проектировании. При этом должно быть известно количество передаваемой теплоты или массовые расходы теплоносителей и изменение их температуры.

Поверочный расчет выполняется для теплообменника с известной величиной поверхности.

Цель теплового расчета состоит в определении температур теплоносителя на выходе из теплообменника и количества передаваемой теплоты.

В задании на курсовую работу необходимо, руководствуясь данной методикой, произвести конструктивный, тепловой и гидравлический расчеты рекуперативного теплообменника. В ходе расчета следует выбрать исходные конструктивные соотношения для компоновки теплообменника, определить рабочую поверхность теплообменника, подобрать тепловую изоляцию и основные размеры, сделать эскизную схему аппарата. Необходимо определить затраты мощности на прокачку холодного и горячего теплоносителей.

В ходе работы нужно спроектировать теплообменник-рекуператор для заданных параметров рабочего тела. Расчет выполнить на стадии технического предложения.

1. Общая часть

1.1 Теория теплообмена

Теплообменник, теплообменный аппарат -- устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Основные типы.

Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой.

Поверхностные теплообменники:

а) Рекуперативные теплообменники.

Рекуперативный теплообменник -- теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е. процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными.

В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также перекрестноточными при взаимно перпендикулярном движении двух взаимодействующих сред.

Часто под рекуперативным теплообменником ошибочно понимается рекуперативный противоточный теплообменник. (В нём вместо уравнивания температурных потенциалов происходит их обмен, потери могут составлять до 30 %).

Наиболее распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники:

· Кожухотрубные теплообменники,

· Элементные (секционные) теплообменники,

· Двухтрубные теплообменники типа «труба в трубе»,

· Витые теплообменники,

· Погружные теплообменники,

· Оросительные теплообменники,

· Ребристые теплообменники,

· Спиральные теплообменники,

· Пластинчатые теплообменники,

· Пластинчато-ребристые теплообменники,

· Графитовые теплообменники.

б) Регенеративные теплообменники.

В регенеративных поверхностных теплообменниках теплоносители (горячий и холодный) контактируют с твердой стенкой поочерёдно. Теплота накапливается в стенке при контакте с горячим теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным.

Смесительные теплообменники.

Смесительный теплообменник (или контактный теплообменник) -- теплообменник, предназначенный для осуществления тепло- и массообменных процессов путем прямого смешивания сред (в отличие от поверхностных теплообменников). Наиболее распространены пароводяные струйные аппараты ПСА -- теплообменники струйного типа, использующие в своей основе струйный инжектор. Смесительные теплообменники конструктивно устроены проще, нежели поверхностные, более полно используют тепло. Однако, пригодны они лишь в случаях, когда по технологическим условиям производства допустимо смешение рабочих сред.

Большое применение контактные теплообменники находят в установках утилизации тепла дымовых газов, отработанного пара и т.п.

Конструкции теплообменников

Конструкционно теплообменники подразделяют на:

· объемные - одна из сред имеет значительный объем в теплообменнике, одна среда сосредоточена в баке большого объема, вторая протекает через змеевик;

· скоростные (кожухотрубные) среды движутся с достаточно большой скоростью для увеличения коэффициента теплоотдачи, много мелких трубочек находятся в одной большой (кожух), среды движутся одна в межтрубном пространстве, другая внутри трубочек, обычно в трубочках находится более «грязная» среда, так как их легче чистить;

· пластинчатый теплообменник состоит из набора пластин, среды движутся между пластинами, прост в изготовлении (штампованные пластины складываются с прокладками между ними), легко модифицируется (добавляются или убираются пластины), хорошая эффективность (большая площадь контакта через пластины).

· пластинчато-ребристый теплообменник в отличие от пластинчатого теплообменника состоит из системы разделительных пластин, между которыми находятся ребристые поверхности - насадки, присоединенные к пластинам методом пайки в вакууме. С боков каналы ограничиваются брусками, поддерживающими пластины и образующие закрытые каналы. Таким образом, в основу пластинчато-ребристого теплообменника положена жесткая и прочная цельнопаянная теплообменная матрица, построенная по сотовому принципу и работоспособная (даже в исполнении из алюминиевых сплавов) до давления 100 атм. и выше. В пластинчато-ребристых теплообменниках существует большое количество насадок, что позволяет подбирать геометрию каналов со стороны каждого из потоков, реализовывая оптимальную конструкцию. Основные достоинства данного типа теплообменников - компактность (до 4000 м2/м3) и легкость. Последнее обеспечивается за счет применения при изготовлении теплообменной матрицы пакета из тонколистовых деталей из легких алюминиевых сплавов.

· Оребренные пластинчатые теплообменники, ОПТ состоит из тонкостенных оребренных панелей, изготовленных методом высокочастотной сварки, соединенные поочередно с поворотом на 90 градусов. За счет конструкции, а также многообразия используемых материалов достигаются высокие температуры греющих сред, небольшие сопротивления, высокие показатели отношения телепередающей площади к массе теплообменника, длительный срок службы, низкая стоимость и др. Часто используются для утилизации тепла отходящих газов.

· спиральный теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки -- керна, среды движутся по каналам. Одно из назначений спиральных теплообменников -- нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей.

При выборе между пластинчатыми и кожухотрубными теплообменниками предпочтительными являются пластинчатые, коэффициент теплопередачи которых более чем в три раза больше, чем у традиционных кожухотрубных. Кроме того, коэффициент полезного действия пластинчатых теплообменников составляет 90-95 %, а занимаемая площадь в 3-4 раза меньше, чем для кожухотрубных.

В то же время пластинчатые теплообменники, оснащённые средствами автоматики, регулирования и надёжной арматурой, позволяют снизить количество теплоносителя, идущего на нагрев воды. А значит, и диаметры трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры, снизить нагрузки на сетевые насосы и, соответственно, уменьшить потребление электроэнергии и др.

Но на данный момент стали появляться современные кожухотрубные теплообменники, оснащенные трубками, профилированными таким образом, чтобы рост гидравлического сопротивления ненамного превышал рост теплоотдачи вследствие применения турбулизаторов потока. Это достигается накаткой на внешней поверхности трубы кольцевых или винтообразных канавок, вследствие образования которых на внутренней поверхности трубы образуются плавно очерченные выступы небольшой высоты, интенсифицирующие теплоотдачу в трубах. Данная технология, в дополнение к таким важным показателям как высокая надежность (также при гидравлическом ударе) и меньшая стоимость, дает отечественному кожухотрубному оборудованию дополнительные преимущества по сравнению с иностранными пластинчатыми аналогами. Но это преимущество исчезает при первой промывке такого теплообменника, т.к. очистка внутренних поверхностей трубок с винтообразными канавками практически невозможна и ведет к быстрому выходу такого теплообменника из строя.

Серьёзной проблемой является коррозия теплообменников. Для защиты от коррозии применяется газотермическое напыление трубных досок, труб пароперегревателей. Это относится только к кожухотрубным теплообменникам, изготовленных из углеродистой стали. Пластинчатые теплообменники в подавляющем большинстве изготавливаются из нержавеющей стали.

1.2 Интенсификация процесса теплообмена

Оребрение поверхности нагрева применяется не только для выравнивания термических сопротивлений, но и для интенсификации процессов теплообмена. При этом в зависимости от условий эксплуатации и технологической необходимости могут быть поставлены различные требования: в одних случаях требуется максимальная теплопередача, в других -- минимальная масса либо минимальные габаритные характеристики теплообменника.

Правильное решение вопроса об интенсификации процесса теплопередачи может быть получено на основе тщательного анализа частных условий теплопередачи.

В качестве примера рассмотрим числовой расчет коэффициента теплопередачи для плоской стенки. Предположим, с одной стороны стенки греющая среда -- вода aг = 5000 Вт/(м²·К), с другой стороны воспринимающая среда -- воздух aх = 5 Вт/(м²·К), теплопроводность стенки l = 50 Вт/(м²·К), толщина стенки d = 5 мм. Тогда коэффициент теплопередачи

Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи, как видно из примера, определяется величиной самого большого термического сопротивления и будет меньше самого маленького из коэффициентов теплоотдачи. Термическим сопротивлением теплопроводности стенки в расчете можно пренебречь.

Если мы увеличим теплоотдачу со стороны греющей воды в 2 раза то на значении K это практически не отразится; при aг = 40000 Вт/(м²·К), K = 4,9925 Вт/(м²·К). Интенсифицировать процесс теплообмена при этом можно либо развивая поверхность со стороны воздуха рёбрами, либо организовать принудительное движение воздуха, либо применяя совместно оба эти метода. И тогда, при принудительном движении воздуха (предположим, aх = 50 Вт/(м²·К) и увеличив ребрами поверхность теплообмена со стороны воздуха (предположим, в 10 раз) мы получим значение

Вт/(м²·К).

Оптимальное значение коэффициента теплопередачи возникает при равенстве коэффициентов теплоотдачи

aг = aх.

Дальнейшая интенсификация теплообмена возможна при совместном увеличении коэффициентов теплоотдачи с обеих сторон, либо при равном увеличении площадей поверхностей с двух сторон.

В процессе эксплуатации на теплообменных поверхностях осаждаются отложения, являющиеся значительными термическими сопротивлениями. Например, слой накипи толщиной в 1 мм по термическому сопротивлению эквивалентен слою 40 мм стальной стенки, а слой сажи в 1 мм -- 400 мм. Помимо вреда от снижения теплопередачи, отложение накипи на стенке вызывает повышение её температуры, что может оказаться причиной пережога теплообменной поверхности. Поэтому в процессе эксплуатации котельных установок и других теплообменных аппаратов необходимо следить за чистотой их теплообменных поверхностей.

2. Технологическая часть

2.1 Описание технологической схемы и технологического процесса

Установка получения дизельного топлива первой очереди (УПДТ-1) состоит из 2 технологических ниток. Разделение стабильного конденсата на фракции путем перегонки (дистилляции) основано на различии температур кипения ее компонентов. При нагревании компоненты с более низкой температурой кипения переходят в пары, а компоненты с высокой температурой кипения остаются в жидкости. Пары после конденсации образуют дистиллят, неиспарившаяся жидкость - остаток. Такой процесс называется простой перегонкой.

При простой перегонке в дистиллят увлекается значительное количество легкокипящих компонентов, а в остатке накапливаются высококипящие компоненты. Для четкого разделения сложной смеси применяют перегонку с ректификацией. Процесс ректификации проводится в ректификационных колоннах и заключается в следующем.

Горячие пары, поднимаясь по колонне, контактируют с более холодной жидкостью, стекающей вниз. Происходит охлаждение паров, конденсация и переход в жидкость наиболее высококипящих компонентов. Одновременно жидкость нагревается, низкокипящие компоненты испаряются. Иначе говоря, между парами и жидкостью происходит тепломассообмен. Эффективность контакта обеспечивается ректификационными тарелками или насадкой. В колонне К-501 используются клапанные тарелки.



Риcунок 1.

1 - корпус колонны,

2 - карман в тарелке,

3 - полотно тарелки,

4 - отверстие в тарелке,

5 - перегородка, регулирующая уровень на тарелке,

6 - горячие пары с низа колонны,

7 - уровень жидкости на тарелке,

8 - поток флегмы.

За счет стекающей флегмы (8), на полотне тарелки (3) образуется уровень жидкости (7). Уровень на тарелке удерживается перегородкой (5).Перегородка устанавливается высотой не менее 2-х сантиметров. Пары (6) продукта, поступающие с низа колонны, поднимаются к тарелке и барботируют через слой жидкости, находящейся на тарелке. Проходя через слой жидкости, пары охлаждаются, происходит конденсация и переход в жидкость высококипящих компонентов, одновременно жидкость нагревается, и низкокипящие компоненты испаряются, т.е. на тарелке происходит тепломассообмен между парами и жидкостью. Такой тепломассообмен происходит на каждой тарелке по всей колонне. На каждой тарелке свои температуры кипения и конденсации.

Работа тарелки нарушается если:

недостаточное количество паров;

недостаточное количество флегмы, в этом случае происходит срыв уровня на тарелке, т.е. прорыв паров.

Процесс ректификации - это процесс многократного испарения и конденсации на тарелках по всей высоте колонны. Необходимым условием нормального процесса ректификации является наличие необходимого количества восходящего потока паров и необходимого количества нисходящего потока флегмы.

Работа ректификационной колонны.

На определенном уровне в колонну подается сырье в виде пара, жидкости или парожидкостной смеси. Эта зона называется эвапарационной. Выше ввода сырья находится концентрационная зона колонны, а ниже - отгонная зона. В эвапарационной зоне колонны происходит однократное испарение нагретого в печи сырья. С верха концентрационной части колонны получают продукт необходимой чистоты - ректификат, а с низа отгонной части - остаток.

Для работы ректификационной колонны, как говорилось выше, необходимо, чтобы с тарелки на тарелку непрерывно стекала орошающая жидкость - флегма. Она образуется за счет возвращения в колонну части верхнего продукта, называемого орошением. При помощи подаваемого в колонны острого и циркулирующего орошения регулируется температурный режим колонны. Тем самым определяется качество дистиллята по температуре конца кипения, по содержанию в нем высококипящих компонентов. В сложных колоннах, в отличие от простых, помимо ректификата в качестве боковых погонов с определенных тарелок отбирают целевые фракции (в виде жидкости). Сложную колонну можно рассматривать как совмещение нескольких простых колонн.

В сложных колоннах, как правило, острого орошения бывает недостаточно для создания флегмы по всей высоте колонны, поэтому используют циркуляционные орошения. Флегму с определенной тарелки забирают насосом, прокачивают через теплообменник, в котором тепло отдается исходному сырью, и охлажденную возвращают в колонну на лежащую выше тарелку.

Ректификационные тарелки предназначены для создания тесного контакта между парами и жидкостью в процессе ректификации. Применяют в основном ситчатые, желобчатые, колпачковые, S-образные, клапанные и другие виды тарелок.

Конструкция тарелок, помимо тесного контакта между паром и жидкостью, должна обеспечивать достаточную производительность колонны, иметь низкое гидравлическое сопротивление потоку пара. Большое значение имеет металлоемкость конструкций, легкость сборки и чистки.

В практических условиях теплообмена между парами и жидкостью на тарелке не достигается состояние равновесия, поэтому введено понятие коэффициента полезного действия тарелки (к.п.д.). Он зависит от конструкции и условий эксплуатации и обычно колеблется в пределах 0,4-0,8.

Четкость ректификации зависит от числа тарелок в колонне и количества орошения. Большое значение имеет скорость движения паров в колонне и расстояние между тарелками. Увеличение производительности установки при сырье одного и того же состава и увеличение тем самым скорости движения паров выше допустимой ухудшает ректификацию (а, следовательно, и качество получаемой продукции), так как пары увлекают с собой капельки флегмы, которая попадает на вышележащую тарелку. Скорость паров по высоте колонны неодинакова, в связи с этим в зонах высоких скоростей между тарелками могут устанавливаться отбойные элементы.

Технологические параметры, влияющие на процесс.

Основными параметрами при эксплуатации колонных аппаратов являются температурный режим, давление, расход потоков.

Температура верха ректификационной колонны определяет качество ректификата и автоматически поддерживается подачей верхнего (острого орошения). Температура куба колонны определяет полноту отпаривания от легкокипящих фракций и поддерживается за счет подвода тепла из трубчатой печи или внешнего подогревателя - кипятильника и др. Для регулирования количества высококипящих фракций в боковом погоне дизельной фракции за счёт изменения температуры на нижележащей тарелке (под зоной вывода бокового погона) организовано циркуляционное орошение.

Подачу орошения в верхнюю часть колонны изменяют плавно, чтобы не вызвать переполнения тарелок флегмой или, наоборот, снижения уровня жидкости на них («оголение» тарелок). При недостаточной подаче орошения повышается температура верха колонны, значительно повышается температура конца кипения ректификата. При избытке орошения температура верха колонны снижается, температура конца кипения ректификата уменьшается, при этом высококипящие компоненты ректификата переходят в остаток. Увеличение количества орошения при соответствующем подъеме температуры низа колонны улучшает четкость ректификации.

К выбору и регулированию давления в колонном аппарате следует подходить особенно тщательно. Повышенное давление позволяет конденсировать пары при более высоких температурах, нежели при атмосферном давлении.

Давление в колонне зависит от температурного режима, количества и состава сырья, от технологического оформления процесса.

2.2 Характеристики исходного сырья и изготавливаемой продукции

Установка получения дизельного топлива первой очереди (УПДТ-1) входит в комплекс установок Завода по подготовке конденсата к транспорту и предназначена для получения моторных топлив.

Проект разработки месторождения выполнен Всесоюзным научно-исследовательским институтом природных газов «ВНИИГАЗ» (г. Видное, Московская обл.).

Генеральный проектировщик установки получения дизельного топлива - Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по разработке газопромыслового оборудования «ВНИПИгаздобыча» (г. Саратов).

Проектная документация на оборудование УПДТ-1 разработана центральным конструкторским бюро нефтеаппаратуры «ЦКБН» г. Подольск.

Сырьем установки является конденсат газовый стабильный (СК) по ОСТ 51.65-80 поступающий с технологических ниток установки стабилизации конденсата.

В соответствии с генеральным планом развития Уренгой-185, 280 построено две установки получения дизельного топлива общей мощностью 200 тыс.т/год по сырью (поз. ГП-8, 108).

Каждая установка состоит из двух ниток проектной производительностью по сырью 50 тыс.т/год одной технологической нитки. Ввод установки получения дизельного топлива первой очереди в эксплуатацию - 1985 год.

Установка получения дизельного топлива первой очереди включает в себя:

- ректификационные колонны поз. К-501;

- отпарные колонны поз. К-502;

- технологические печи поз. П-501;

- теплообменные аппараты поз. Т-501, Т-502, Т-503;

- аппараты воздушного охлаждения поз. ВХ-501, ВХ-502;

- емкости поз. Е-501, Е-502, Е-503, ЕС-501;

- площадку отключающей арматуры;

- узел хранения и подачи раствора пенообразователя.

Продукцией установки являются:

- дизельное топливо арктической марки по ГОСТ 305-82;

- широкая дистиллятная фракция (ШДФ) по СТО 97152834-38-2009 используемая для приготовления дистиллята газового конденсата легкого (ДГКЛ) и базового компонента для автомобильного бензина марки Нормаль-80);

- смесь тяжелых фракций по СТО 97152834-37-2009, реализуемая в качестве аналога стабильного конденсата.

рекуперативный теплообменник затрата мощность

3. Расчетная часть

Общая часть.

1. Определим расход теплоты и расход воды. Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (бензол + толуол), индекс «2» - для холодного теплоносителя (вода).

Предварительно найдем среднюю температуру воды:

t2 = 0,5 (10 + 25) = 17,5 С;

среднюю температуру смеси бензол-толуол:

= 31 + 17,5 = 48,5 С; (3.1)

где - средняя разность температур, равная при потоке теплоносителей 31 С.

+80,5 25 С;

+25 10 С;

;

= 31 С; (3.2)

Без учета потерь тепла расход теплоты:

Вт; (3.3)

расход воды аналогично (3.3) выразив через расход:

 кг/с; (3.4)

где =1927 Дж/(кг К) и =4190 Дж/(кг К) - удельные теплоемкости смеси и воды при их средних температурах =48,5 С и =17,5 С [1, рис. XI и таб. XXXIX].

Объемные расходы смеси и воды:

(3.5)

(3.6)

где и - плотность смеси берем как для чистого бензола, так как содержание толуола не велико и изменение плотности очень не значительное [1, таб. IV] и воды [1, таб. XXXIX].

Определим ориентировочно значение площади поверхности теплообмена, полагая Кор = 500 по [1, таб. 4.8], т. е. Приняв его таким же, как и при теплообмене от жидкости к жидкости для воды:

; (3.7)

Из величины = 23 следует, что проектируемый теплообменник может быть многоходовым. Поэтому для правильности расчета нужно сделать поправку для многоходовых теплообменников.

В аппаратах с противоточным движением теплоносителей при прочих равных условиях больше чем в случае прямотока. При сложном взаимном движении теплоносителей принимает промежуточные значения, которые учитывают, вводя поправку к средне логарифмической разности температур для противотока.

; (3.8)

где ; ;

; ;

; ; ;

;

Рассчитаем коэффициент по формуле (3.8)

;

= С; (3.9)

Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Смесь бензол-толуол направим в трубное пространство, так как это активная среда, воду - в межтрубное пространство.

В теплообменных трубах 25*2 мм холодильников по ГОСТ 15120-79 скорость течения смеси при Re 2 > 10000 должна быть более

 (3.10)

где - вязкость смеси при 48,5 С; [1, с. 556].

Число труб, обеспечивающих такой режим, должно быть:

; (3.11)

т.е. число труб n < 44,9 на один ход.

Выберем варианты теплообменников [2, таб. 2.3]:

Теплообменник «кожухотрубный» D = 600; d = 25*2; z=6; n/z = 32,7;

SВ.П. = 0,037 ; F = 61 ; L = 4 м; SВ.П. = 0,011.

2. Теплообменник «кожухотрубный» D = 600; d = 25*2; z=4; n/z = 51,5; SВ.П. = 0,04 ; F = 65 ; L = 4 м; SВ.П. = 0,018.

Вариант 1. Теплообменник «кожухотрубный» (ГОСТ 15120-79)

Скорость течения в трубах, для обеспечения турбулентного режима, должна быт более

Составим схему процесса теплопередачи (Рис. 3.1).

а) В трубное пространство. Определим критерии Рейнольдса и Прандтля для смеси бензол-толуол.



Рис. 3.1 (к первому варианту расчета)

; (3.12)

;

; (3.13)

;

где =0,14 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности смеси бензол-толуол [1, рис. X].

Рассчитаем критерий Нуссельта для турбулентного течения смеси:

; (3.14)

где примем равному 1, и соотношение

=1

с дальнейшей поправкой.

Коэффициент теплоотдачи смеси бензол-толуол к стенке:

; (3.15)

б) Межтрубное пространство. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для воды. Скорость воды в межтрубном пространстве.

; (3.16)

Критерий Рейнольдса для воды:

; (3.17)

где =0,0011 Па с [1, таб. XXXIX], = 998 при температуре +17,5 С;

Критерий Прандтля для воды при +17,5 С:

; (3.18)

где =0,59 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности воды [1, рис. XXXIX].

Для выбора формулы расчета коэффициента теплоотдачи рассчитаем значение GrPr при Re < 10000.

; (3.19)

где - плотность воды при 17,5 С [1, таб. XXXIX];

;

и - плотности воды при 10 и 25 С; =0,0011 Па с [1, таб. XXXIX] - динамический коэффициент вязкости воды при 17,5 С.

;

Для вертикального расположения труб примем выражение [1, форм. 4.28]

; (3.20)

примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость воды при 17,5 С и температуре стенки соответственно по формуле (3.20).

;

Коэффициент теплоотдачи для воды:

; (3.21)

Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений [1, таб. XXXI]:

; (3.22)

;

Коэффициент теплопередачи:

; (3.23)

Поверхностная плотность потока:

; (3.24)

Определим ориентировочно значения и , исходя из того, что

; (3.25)

где сумм

.

Найдем:

 С; (3.26)

С; (3.27)

С; (3.28)

Проверка: сумма

;

12,3 + 4,3 + 8,5 = 25,1 С;

Отсюда

С; (3.29)

С; (3.30)

Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи, определив .Критерий Прандтля для смеси бензол-толуол при С;

;(3.31)

где

[1, с.262]; [1, с.556]; [1, с.561].

Коэффициент теплоотдачи для смеси:

(3.32)

Коэффициент теплоотдачи для воды:

(3.33)

где [1, таб. XXXIX];

Исправленные значения К, q, и (3.23):

;

; (3.34)

С; (3.35)

С; (3.36)

(3.37)

(3.38)

Дальнейшее уточнение , и других величин не требуется, так как расхождение между крайними значениями не превышает 5%.

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

; (3.39)

Запас

Вариант 2. Теплообменник «кожухотрубный» (ГОСТ 15120-79)

Скорость течения в трубах, для обеспечения турбулентного режима, должна быт более

Составим схему процесса теплопередачи (Рис. 3.2).

а) В трубное пространство. Определим критерии Рейнольдса и Прандтля для смеси бензол-толуол. Рассчитаем Рейнольдс по формуле (3.12)

Рис. 3.2 (ко второму варианту расчета)

;

Критерий Прандтля (3.13).

;

где =0,14 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности смеси бензол-толуол [1, рис. X].

Для выбора формулы расчета коэффициента теплоотдачи рассчитаем значение GrPr при Re < 10000.

где - плотность воды при 48,5 С [1, таб. XXXIX];

;

и - плотности смеси при 25 и 80,5 С; =0,00045 Па с [1, с.556] - динамический коэффициент вязкости смеси при 48,5 С.

;

Для вертикального расположения труб примем выражение [1, форм. 4.28] примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость смеси бензол-толуол при 48,5 С и температуре стенки соответственно. Рассчитаем по формуле (3.20).

;

Коэффициент теплоотдачи для смеси бензол-толуол (3.15):

;

б) Межтрубное пространство. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для воды. Скорость воды в межтрубном пространстве (3.16).

;

Критерий Рейнольдса для воды (3.17):

;

где =0,0011 Па с [1, таб. XXXIX], = 998 при температуре +17,5 С;

Критерий Прандтля для воды при +17,5 С (3.18):

;

где =0,59 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности воды [1, рис. XXXIX].

Для выбора формулы расчета коэффициента теплоотдачи рассчитаем значение GrPr при Re < 10000 (3.19).

;

где - плотность воды при 17,5 С [1, таб. XXXIX];

;

и - плотности воды при 10 и 25 С; =0,0011 Па с [1, таб. XXXIX] - динамический коэффициент вязкости воды при 17,5 С.

;

Для вертикального расположения труб примем выражение [1, форм. 4.28] примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость воды при 17,5 С и температуре стенки соответственно (3.20).

;

Коэффициент теплоотдачи для воды (3.21):

;

Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений [1, таб. XXXI] (3.22):

;

Коэффициент теплопередачи (3.23):

;

Поверхностная плотность потока (3.24):

;

2.3 Определим ориентировочно значения и , исходя из формулы (3.25).

Найдем:

С; (3.26)

С; (3.27)

С; (3.28)

Проверка: сумма

;

13,9 + 3,6 + 7,6 = 25,1 С;

Отсюда

С; (3.29)

С; (3.30)

Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи, определив . Для смеси бензол-толуол при С и воды при С;

Коэффициент теплоотдачи для смеси (3.33):

где - кинематическая вязкость [1, с.556].

Коэффициент теплоотдачи для воды (3.33):

где - вязкость воды при температуре стенки [1, таб. XXXIX];

Исправленные значения К, q, и (3.23),(3.34),(3.35) и (3.36):

;

;

С;

С;

Проверка расхождения по формулам (3.37) и (3.38).

4. Промышленная безопасность, охрана труда и окружающей среды

4.1 Мероприятия по технике безопасности при обслуживании теплообменного аппарата

4.1.1 Требования к персоналу

Лица, принимаемые на работу по обслуживанию тепломеханического оборудования, должны пройти предварительный медицинский осмотр и в дальнейшем проходить его периодически в сроки, установленные для персонала энергопредприятий¹.

Лиц, не достигших 18-летнего возраста, запрещается привлекать к следующим работам с тяжелыми и вредными условиями труда:

- котлоочистным;

- ремонту оборудования котлотурбинных и пылеприготовительных цехов, топливоподачи;

- эксплуатации газотурбинных установок, оборудования пылеприготовительных цехов, топливоподачи, котлотурбинных цехов тепловых электростанций;

- обслуживанию контрольно-измерительных приборов и автоматики в действующих цехах тепловых электростанций;

- обслуживанию подземных теплопроводов и сооружений тепловых сетей, теплофикационных вводов;

- эксплуатации и ремонту оборудования в зоне ионизирующих излучений;

- газоэлектросварочным;

- постоянным земляным работам;

- эксплуатации подвижного состава, переездов, стрелочных постов, путей и земляного полотна на железнодорожном транспорте топливно-транспортных цехов;

- обслуживанию хлораторного оборудования;

- обслуживанию грузоподъемных машин и механизмов в качестве крановщиков, машинистов, стропальщиков, такелажников;

- обслуживанию газового оборудования и подземных газопроводов;

- обслуживанию сосудов и трубопроводов, подконтрольных Госгортехнадзору России;

- водолазным и обслуживанию водолазных и подводных работ;

- вождению автотранспортных средств, электро- и автопогрузчиков; ремонту автомобилей, работающих на этилированном бензине, по монтажу и демонтажу шин;

- рентгено-гамма-дефектоскопии;

- верхолазным;

- хранению, транспортированию и применению взрывоопасных веществ;

- с применением пневматического инструмента и строительно-монтажного пистолета;

- с открытой ртутью;

- обслуживанию специализированных складов с горюче-смазочными и взрывчатыми материалами, ядохимикатами, кислотами и щелочами, хлором и хлорной известью;

- с нефтепродуктами;

- связанным с подъемом и перемещением тяжестей выше норм, установленных для подростков.

У лиц, обслуживающих оборудование основных цех электростанций и тепловых сетей, и лиц, допущенных к выполнению специальных работ, должна быть сделана об этом запись в удостоверении о проверке знаний.

Обучение и повышение квалификации персонала электростанций и тепловых сетей должно производиться в соответствии с Правилами организации работы с персоналом на предприятиях и в учреждениях энергетического производства, Правилами эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей и Правилами техники безопасности при эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей (для тех предприятий, на которые они распространяются).

Персонал, допускаемый к обслуживанию тепломеханического оборудования, в котором для технологических нужд применяются горючие, взрывоопасные и вредные вещества, должен знать свойства этих веществ и правила безопасности при обращении с ними.

Весь персонал должен быть обеспечен по действующим нормам спецодеждой, спецобувью и индивидуальными средствами защиты в соответствии с характером выполняемых работ и обязан пользоваться ими во время работы.

Весь производственный персонал должен быть практически обучен приемам освобождения человека, попавшего под напряжение, от действия электрического тока и оказания ему доврачебной помощи, а также приемам оказания доврачебной помощи пострадавшим при других несчастных случаях.

4.1.2 Территория, помещения и рабочие места

На каждом предприятии должны быть разработаны и доведены до сведения всего персонала безопасные маршруты следования по территории предприятия к месту работы и планы эвакуации на случай пожара или аварийной ситуации.

Все проходы и проезды, входы и выходы как внутри производственных помещений и сооружений, так и снаружи на примыкающей к ним территории должны быть освещены, свободны и безопасны для движения пешеходов и транспорта. Загромождение проходов и проездов или использование их для складирования грузов запрещается.

Проходы, проезды, переходы, а также лестницы, площадки и перила к ним следует всегда содержать в исправном состоянии чистоте, а расположенные на открытом воздухе - очищать от снега и льда и посыпать песком. Территорию мазутного хозяйства внутри обвалования, а также сливные устройства необходимо очищать после каждого снегопада.

Настилы площадок и переходов, а также перила к ним должны быть надежно укреплены. На период ремонта вместо снятых перил следует делать временное ограждение. Перила и настилы, снятые на время ремонта, после его окончания должны быть немедленно установлены на место и хорошо укреплены.

Запрещается устройство мастерских, санитарно-бытовых и других помещений под газоходами.

Междуэтажные перекрытия, полы, каналы и приямки должны содержаться в исправности. Все проемы в полу должны быть ограждены. Крышки и кромки люков колодцев, камер и приямков, а также перекрытия каналов должны быть выполнены из рифленого железа вровень с полом или землей и надежно закреплены.

Опасные зоны (проемы в перекрытиях, стационарных площадках и стенах, каналы, приямки, котлованы, незакрытые люки колодцев и тепловых камер) должны быть ограждены по всему периметру. Элементы временных ограждений необходимо надежно закреплять. Ограждения должны быть прочными и устойчивыми при динамическом воздействии массы человека, хорошо видимыми в любое время суток. На ограждениях должны быть вывешены предупреждающие плакаты безопасности «Осторожно! Опасная зона».

На каждом предприятии (в цехе, на участке) должен иметься план с указанием на нем ремонтных площадок и допустимых на них нагрузок. В цехах (на участках) должны быть четко обозначены границы площадок, а на табличках указаны допустимые нагрузки на них.

Для освещения помещений, в которые не исключено проникновение горючего газа, паров взрывоопасных веществ, должна применяться взрывозащищенная осветительная арматура.

В производственных помещениях должны быть выполнены аварийное освещение и сеть освещения на 12 В.

Химические вещества и материалы, в которых содержатся легковоспламеняющиеся, взрывоопасные и токсичные компоненты должны храниться на специальных складах, изолированных от других помещений и соответствующих требованиям Норм и технических условий проектирования складских предприятий и хозяйств для хранения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, СНиП II-104-76. Складские здания и сооружения общего назначения. Нормы проектирования, СНиП II-2-80. Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений.

Запрещается хранить в производственных помещениях бензин, керосин, спирт, лакокраски, растворители, разбавители другие легковоспламеняющиеся материалы, за исключением небольших количеств в пределах суточной потребности. Количество этих материалов и места их хранения должны быть согласованы с органами местной пожарной охраны. Материалы должны храниться в прочной металлической таре в специальных цеховых кладовых на дверях которых должны быть вывешены знаки безопасности¹ о запрещении курения и применения открытого огня.

Вблизи рабочих мест смазочные материалы допускается хранить в специальных металлических бачках и масленках.

Легковоспламеняющиеся материалы следует хранить на специальных складах вне производственных помещений. На дверях этих складов должны быть вывешены знаки безопасности, предупреждающие о наличии легковоспламеняющихся веществ и запрещающие применение открытого огня и курение.

Список литературы

1. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи. М., 1983

2. Расчет и проектирование теплообменных аппаратов с оребренной поверхностью / А.С. Хоменко, С.К. Чернов. - Учеб. пособие

3. Криогенные системы-учебник, А.М. Архаров, А.И. Смородин,1999г., изд. Машиностроение.

4. Аметистов Е.В., Григорьев В.А.,Теплообмен,1986г.

Размещено на Allbest.ru

...