Теплообменник "труба в трубе"
Назначение теплообменных аппаратов. Особенности строения теплообменника "труба в трубе", материальный, тепловой и гидравлический расчет его основных параметров. Описание схемы процесса. Техника безопасности при работе с теплообменником "труба в трубе".
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.05.2014 |
| Размер файла | 653,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Технологическая часть
- 1.1 Краткая характеристика оборудования, устройство оборудования
- 1.2 Назначения и краткая характеристика процесса
- 1.3 Описание схемы процесса
- 2. Расчетная часть
- 2.1 Материальный и тепловой расчет теплообменника "труба в трубе".
- 2.2 Гидравлический расчет
- 3. Техника безопасности и охрана окружающей среды
- 3.1 Техника безопасности при работе с теплообменником "труба в трубе"
- 3.2 Охрана окружающей среды и экологии
- Список использованных источников
Введение
Новый Казахстан с первого дня приобретения независимости все увереннее движется, вперед выбирая свой путь развития и добиваясь с каждым годом все большего признания и авторитета в мировом сообществе.
Обеспечив прочный фундамент экономики и своей государственности, Казахстан уверенно вступает в принципиально новый этап.
Именно с этого периода Казахстан начал последовательно продвигается вперед, осваивая одну за другой теоремы рыночной экономики и аксиомы демократического развития.
За этот период Казахстан утвердился как полноправный и ответственный член международного сообщества, выполняющий важные функции по обеспечению геополитических стабильности и международной безопасности в регионе. За этот период Казахстан утвердился как полноправный и ответственный член международного сообщества, выполняющий важные функции по обеспечению геополитических стабильности и международной безопасности в регионе.
Цель, обозначенная Президентом Казахстана Нурсултаном Назарбаевым в декабрьском Послании народу Казахстана, связана с мировыми трендами. Как сообщил Глава государства, перечисляя десять глобальных вызовов ХХI века, "все развитые страны увеличивают инвестиции в альтернативные и "зелёные" энергетические технологии. Уже к 2050 году их применение позволит генерировать до 50 процентов всей потребляемой энергии.
"Оставаясь крупным игроком на рынке углеводородного сырья, мы должны развивать производство альтернативных видов энергии, активно внедрять технологии, использующие энергию солнца и ветра. Все возможности для этого у нас есть. К 2050 году в стране на альтернативные и возобновляемые виды энергии должно приходиться не менее половины всего совокупного энергопотребления", - заявил Елбасы в Стратегии "Казахстан - 2050: новый политический курс состоявшегося государства".
"Очевидно, что постепенно подходит к своему концу эпоха углеводородной экономики. Наступает новая эра, в которой человеческая жизнедеятельность будет основываться не только и не столько на нефти и газе, сколько на возобновляемых источниках энергии. Казахстан является одним из ключевых элементов глобальной энергетической безопасности. Наша страна, обладающая крупными запасами нефти и газа мирово уровня, ни на шаг не будет отступать от своей политики надёжного стратегического партнёрства и взаимовыгодного международного сотрудничества в энергетической сфере", - подчеркнул он.
Он обратил внимание на то, что шестым вызовом планетарного масштаба является исчерпаемость природных ресурсов. "В условиях ограниченности, исчерпаемости природных ресурсов Земли беспрецедентный в истории человечества рост потребления будет подогревать разнонаправленные как негативные, так и позитивные процессы. Наша страна обладает здесь рядом преимуществ. Всевышний дал нам много природных богатств. Другим странам и народам будут нужны наши ресурсы. Нам принципиально важно переосмыслить наше отношение к своим природным богатствам. Мы должны научиться правильно ими управлять, накапливая доходы от их продажи в казне, и самое главное - максимально эффективно трансформировать природные богатства нашей страны в устойчивый экономический рост", - определил курс страны в вопросах природоохранной деятельности Президент Казахстана. Внедрение новых эффективных технологических процессов обычно связано с применением более совершенного оборудования, которое зачастую работает в условиях очень высоких или очень низких температур, больших давлениях или глубокого вакуума, интенсивного или других видов износа.
Как отметил глава государства Нурсултан Абишевич Назарбаев, в послании " Рост благосостояния граждан Казахстана - главная цель государственной политики" отметил, что сегодня в условиях ухудшения мировой конъектуры мы должны активизировать внутреннее инвестиционные ресурсы с растущей ролью государственных холдингов, институтов развития, социально-предпринимательских корпораций.
В настоящее время Казахстан начал реализацию индустриально-инновационной стратегии, направленной на диверсификацию экономики. Это программа будущего.
На сегодняшний день, основная стратегическая задача Казахстана - занять достойное место в числе конкурентоспособных стран. В стратегических интересах Казахстана - стратегия вступления во Всемирную торговую организацию на условиях полностью учитывающих интересы страны.
Для решения этой задачи начато создание принципиально новой системы управления экономическим развитием - национально-инновационной системы - нашего проводника в мир новых технологий и новой экономики.
Сейчас инфраструктура индустриально-инновационного развития уже сформирована. Капитализация государственных институтов развития на начало года составила 730 млн. долларов США, портфель инвестиционных проектов превышает 1 млрд. 200 млн. долларов США.
За 2005 год реализовано 204 инвестиционных проекта, причем половина из них - при поддержке институтов развития.
Казахстан придает особое значение Шанхайской Организации Сотрудничества, реформированию СНГ, ЕврАзЭс, продолжению работы по созданию единого экономического пространства. [1,4]
Хотелось бы отметить, как важно помнить, что Казахстан воспринимается в мире, как региональная держава, обладающая сильной экономикой и прочными позициями в международном сообществе. Этим статусом следует дорожить и принимать дополнительные усилия для укрепления авторитета нашей страны в современном мире.
Внедрение новых эффективных технологических процессов обычно связано с применением более совершенного оборудования, которое зачастую работает в условиях очень высоких или очень низких температур, больших давлениях или глубокого вакуума, интенсивного или других видов износа.
Новые механические установки отличаются большой производительностью оборудования, также имеют высокую единичную производительность. Это позволяет существенно снизить расходы на единицу продукции. Вместе с ним повышаются требования и надежность оборудования. Увеличение габаритов и веса оборудования требует высокой квалификации от исполнителя.
Эксплуатация действующих предприятий требует постоянно совершенствовать технологии ремонта и монтажа. Для этого производство должно быть оснащено новыми высокопроизводительными кадрами ремонтников. [9]
Надежная и безопасная эксплуатация оборудования в пределах установленных параметров работы может быть обеспечена только при строгом выполнении определенных запланированных во время мероприятий по надзору и уходу за оборудованием, включая проверочные работы.
Совокупность этих организационно-технических мероприятий в химической промышленности представляет собой единичную систему именуемой системой планово-предупредительных ремонтов.
Рациональное и эффективное использование тепловой энергии является сегодня определяющим фактором в выборе стратегии технического и технологического перевооружения предприятий.
В промышленности происходит теплообмен между рабочими телами (теплоносителями) в специально сконструированных аппаратах, которые называются теплообменниками. [12, 272]
В данном курсовом проекте рассчитан теплообменник "труба в трубе".
теплообменник труба параметр аппарат
1. Технологическая часть
1.1 Краткая характеристика оборудования, устройство оборудования
Теплообменные аппараты предназначены для проведения процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизации теплоты.
Теплообменная аппаратура составляет весьма значительную часть технологического оборудования в химической и смежных отраслях промышленности. Удельный вес на предприятиях химической промышленности теплообменного оборудования составляет в среднем 15-18 %, в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях 50 %. Значительный объем теплообменного оборудования на химических предприятиях объясняется тем, что почти все основные процессы химической технологии (выпаривание, ректификация, сушка и др.) связаны с необходимостью подвода или отвода теплоты. Теплообменники "труба в трубе" предназначены для нагрева и охлаждения сред в технологических процессах нефтяной, газовой, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Есть несколько видов тепловых процессов:
Нагревание - это повышенная температура перерабатываемых материалов путем подвода к ним тепла.
Охлаждение - это процесс понижение температуры вещества путем отвода от тепла.
Испарение - это процесс фазового превращения жидкости в пар, протекающий при нагревании.
Конденсация - это снижение паров какого-либо вещества путем отвода от тепла.
Выпаривание - это процесс концентрирования раствора, происходящий в следствия испарения части растворителя при кипении раствора. Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в быту и в различных отраслях промышленности.
В настоящее время в промышленности и в быту широко используются теплообменники. Такой теплообменник имеет корпус в виде барабана, внутри которого между трубными досками расположены латунные трубки диаметром 16 мм. Теплопередача осуществляется через стенки латунных трубок. Для увеличения поверхности теплопередачи увеличивают количество трубок, в связи с чем такой теплообменник сложен в изготовлении и имеет большие габариты.
1 - труба теплообменная; 2 - труба кожуховая; 3 - опора; 4 - решетка кожуховых труб; 5 - камера; 6 - решетка теплообменных труб; 7 - фланец специальный соединения кожуховых труб с решеткой теплообменных труб; 8 - фланец специальный
Рисунок 1 - Строение теплообменника "труба в трубе"
Теплообменник типа "труба в трубе" в котором внутренняя труба имеет ступенчато изменяющееся сечение по ходу среды, а наружная труба также имеет живое сечение, ступенчато изменяющееся по ходу среды, и ее ступени смещены относительно ступеней внутренней трубы, причем последние снабжены на выходном торце пазами, а наружная и внутренняя трубы выполнены в виде сильфонов, пазы - в виде гофр.
В многопоточных теплообменных аппаратах распределительная камера служит для распределения потока по теплообменным трубам. Между решетками теплообменных и кожуховых труб расположена распределительная камера для среды, протекающей по кольцевому пространству в кожуховых трубах. Многопоточные теплообменники имеют два хода по внутренним трубам и два по наружным.
Теплообменник содержит спиральное оребрение, размещенное на внутренней трубе с зазором относительно наружной трубы, причем последняя имеет подводящий и отводящий патрубки межтрубной среды, расположенные тангенциально, а на поверхности оребрения со стороны подводящего патрубка межтрубной среды выполнены нагревающие лопатки, примыкающие к кромке ребер и расположенные с зазором относительно внутренней трубы. Наличие лопаток обеспечивает направление потока теплоносителя к поверхности внутренней трубы, что увеличивает теплосъем, однако такая конструкция сложна в изготовлении. [3,280]
Известен, теплообменник содержащий установленные с зазором переменной ширины наружную и внутреннюю трубы, последняя из которых имеет круглое сечение и снабжена спиральным оребрением, примыкающим к стенке наружной трубы, причем наружная труба в сечении имеет форму эллипса и установлена совместно с внутренней трубой.
Наиболее близким к заявляемому решению по конструкции является теплообменник типа "труба в трубе", у которого внутренняя труба снабжена спиральным оребрением, размещенным с зазором в наружной трубе, имеющей штуцеры для нагреваемой среды, причем зазор выполнен постоянной величины на 1-6 мм меньше шага между витками спирального оребрения, а по оси внутренней трубы с зазором относительно нее установлен электронагреватель, при этом штуцеры размещены тангенциально.
В теплообменных аппаратах разборной конструкции внутренние трубы в ряде случаев с наружной поверхности выполняются с оребрением, позволяющим в 4 - 5 раз увеличить их поверхность теплообмена. Оребрение внутренних труб используют, как правило, в тех случаях, когда со стороны одной из теплообменивающихся сред трудно обеспечить высокий коэффициент теплоотдачи. В этом случае оребрение поверхности со стороны такой теплообменивающейся среды позволяет значительно увеличить количество переданного тепла.
Для повышения эффективности теплообмена в трубном пространстве используют методы воздействия на поток устройствами, разрушающими и турбулизирующими движение потока в трубе. Это различного рода турбулизирующие вставки, завихрители, установленные по всей длине трубы, обеспечивают закрутку потока, что является одним из эффективных способов интенсификации теплообмена в трубах. Широкое распространение из-за простоты изготовления получили ленточные завихрители. Наиболее эффективная закрутка потока при этом реализуется, если лента вставлена в трубу практически без зазора. Дополнительный эффект в этом случае заключается в том, что винтовая вставка увеличивает поверхность теплообмена и воспринятое ею тепло посредством теплопроводности передается в стенку трубы. [2,143]
Недостатком известного элемента является то, что при выполнении конструкции из тонкостенных труб эффект от ступенчатого изменения сечения незначителен из-за малой разницы в диаметрах; кроме того, улучшение теплообмена происходит только в местах ступенчатого перехода. Если же каждый элемент наружной или внутренней трубы имеет значительную протяженность, то несмотря на наличие ступеней на его поверхности формируется пограничный слой, препятствующий температуре из-за того, что каждый элемент труб имеет постоянное поперечное сечение, градиент давления, усиливающий турбулизацию и интенсифицирующий теплообмен, возникает только в местах перехода от одного сечения к другому. Коэффициент теплоотдачи.
Важнейшей и наиболее трудоемкой частью технологического расчета поверхности теплообменного аппарата является вычисление коэффициентов теплоотдачи. Методы определения этих величин изучаются в специальном курсе теплопередачи, здесь же приводится ряд формул, которыми и рекомендуется пользоваться при расчете теплообменных аппаратов. Коэффициент теплоотдачи от движущегося жидкого или газообразного потока зависит от режима движения: при ламинарном (струйном) потоке коэффициенты теплоотдачи обычно малы, а при турбулентном потоке более высоки и возрастают с увеличением степени турбулентности. Режим потока устанавливается в зависимости от значения безразмерного критерия Рейнольдса.
Поверхность теплообмена. При известных количествах переданного тепла, средней разности температур между теплообменивающими средами и коэффициенте теплопередачи поверхность теплообмена определяется делением тепла на произведение средней разности температур и коэффициента теплопередачи.
Это справедливо для плоской стенки, а также для труб, если толщина стенки мала по сравнению с диаметром. Этим же уравнением следует пользоваться и для труб с относительно большой толщиной стенки, но в этом случае поверхность теплообмена должна вычисляться по среднему диаметру.
Попытки сделать теплообменник "труба в трубе" приводили к созданию теплообменников с большой длиной. Попытки уменьшить длину теплообменника сводились к увеличению поверхности нагрева за счет дополнительных устройств (приспособлений) - ребер, выполненных преимущественно в виде винтовой спирали. С одной стороны, это не давало желаемого уменьшения длины, а с другой стороны, приводило к усложнению конструкции. [2,189]
1.2 Назначения и краткая характеристика процесса
Общие сведения о теплопередачи. Различают установившейся и неустановившейся процессы теплопередачи. При установившемся (стационарном) процессе температуры, в которой точке аппарата не изменяются во времени, тогда как при неустановившемся (нестационарном) процессе температуры изменяются во времени. Установившиеся процессы соответствуют непрерывной работе аппаратов с постоянным режимом; неустановившиеся процессы протекают в аппаратах периодического действия, а также при пуске и остановке аппаратов непрерывного действия и изменении режима их работы.
Передача тепла от одного тела к другому может происходить посредством теплопроводности, конвекции и лучеиспускания.
Существуют два основных способа проведения тепловых процессов: путем непосредственного соприкосновения теплоносителей и передачей тепла через стенку, разделяющую теплоносители.
При передаче тепла непосредственным соприкосновением теплоносители обычно смешиваются друг с другом, что не всегда допустимо; поэтому данный способ применяется сравнительно редко, хотя он значительно проще в аппаратурном оформлении.
При передаче тепла через стенку теплоносители не смешиваются, и каждый из них движется по отдельному каналу; поверхность стенки, разделяющей теплоносители, используется для передачи тепла и называется поверхностью теплообмена.
Передача тепла теплопроводностью осуществляется путем переноса тепла при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела. При этом энергия передается от одной частицы к другой в результате колебательного движения частиц, без их перемещения друг относительно друга.
Передача тепла конвекцией происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц. Перемещение частиц обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная или принудительная конвекция), либо разностью плотностей жидкости в разных точках объема, вызываемой неравномерным распределением температуры в массе жидкости или газа (свободная, или естественная, конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредствам теплопроводности.
Передача тепла лучеиспусканием происходит путем переноса энергии в виде электромагнитных волн. В этом случае тепловая энергия превращается в лучистую энергию (излучение), которая проходит через пространство и затем снова превращается в тепловую при поглощении энергии другим - теплом (поглощение).
При тепловых процессах тепло передается от одного вещества к другому. Для самопроизвольного переноса тепла одно из этих веществ должно быть более нагрето, чем другое. Вещества, участвующие в процессе перехода тепла (теплообмен), называются теплоносителями. Вещество с более высокой температурой, которое в процессе теплообмена отдает тепло, называется горячим теплоносителем, а вещество с более низкой температурой, воспринимающее тепло, - холодным теплоносителем.
Эти виды передачи тепла редко встречаются в чистом виде; обычно они сопутствуют друг другу (сложный теплообмен). Так, при передаче тепла через стенку перенос тепла от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю осуществляется конвекцией, а через стенку - путем теплопроводности.
Потеря тепла с нагретой поверхности в окружающую среду происходит путем конвекции и лучеиспускания. [1,564]
Эксплуатация теплообменных аппаратов заключается в регулировании температуры и очистки от загрязнений.
Регулирование производится с целью поддержания необходимого температурного режима и осуществляется при изменение количества подаваемого агента подогревающего или охлаждающего. Так в подогревателях поддерживают постоянную конечную температуру холодного теплоносителя регулированием подачи нагревающего агента.
Если нагревающим агентом служит водяной пар, то, прикрывая паровой вентиль и уменьшая этим подачу пара, мы отнимаем от каждого килограмма пара большое количество тепла, т.е. заставляем конденсат переохлаждаться. Понижение температуры выхода конденсата приводит к уменьшению среднего температурного напора в зоне переохлаждения и, следовательно, к уменьшению количества тепла, сообщаемого холодному теплоносителю, вследствие чего его конечная температура понижается. Для повышения конечной температуры холодного теплоносителя необходимо увеличить открытия парового вентиля; тогда температура выхода конденсата будет возрастать. Повышение конечной температуры холодного теплоносителя и температуры выхода конденсата происходит до тех пор, пока не станет равной температуре насыщения пара, дальнейшее открывания второго вентиля бесполезно, так как, несмотря на увеличение, подает температурный напор останется без изменения и количество тепла сообщаемого холодному теплоносителю, не будет увеличиваться.
В холодильниках. конечную температуру горячего теплоносителя поддерживают регулированием подачи воды (или другого охлаждающего агента): а средний температурный напор увеличивается, что вызовет повышение количества тепла, отнимаемого от горячего теплоносителя, и понижение его конечной температуры.
Если количество обоих теплоносителей являются, определенным (например, в собственно теплообменниках), то регулирование температуры производится пропусканием части одного 'из теплоносителей по обводной линии (минуя теплообменники).
Очистка теплообменных аппаратов. При использовании теплоносителей, выделяющих осадки и оказывающих коррозионное действие на аппаратуру, поверхность теплообмена покрывается слоем загрязнений, обладающих низкой теплопроводностью, что снижает коэффициент теплопередачи. Очистку аппаратов от загрязнений производят периодически. Продолжительность работы между очистками зависит от допускаемой степени загрязнение и от скорости загрязнения поверхности теплообмена и может колебаться от нескольких дней до нескольких месяцев (и более).
Очистка аппаратов производится либо вручную, либо механическими или химическими способами. [4,321]
1.3 Описание схемы процесса
При истечении жидкостей в теплообменнике температура их изменяется: горячая жидкость охлаждается, а холодная нагревается. Характер изменения температуры жидкости, движущейся вдоль поверхности нагрева, зависит от схемы ее движения. В теплообменных аппаратах применяют в основном три схемы движения жидкостей:
прямоточная, когда горячая и холодная жидкости протекают параллельно;
противоточная, когда горячая и холодная жидкости протекают в противоположном друг другу направлении;
перекрестная, когда жидкости протекают в перекрестном направлении. [6,5]
Рисунок 1 - Схема теплообменника "труба в трубе"
2. Расчетная часть
2.1 Материальный и тепловой расчет теплообменника "труба в трубе".
Средняя разность температуры:
Дtм = t1н - t2к = 45-20=25 єС
Дtб = t1к - t2н = 35-20=15 єС
Так как отношение Дtб/Дtм = 15/25 = 0,75< 2, то
Дtср = ; (1)
= 20єС.
Средняя температура конденсата:
t1ср ; (2)
= 40 єС.
Средняя температура раствора:
t2ср = t1ср - tcр =С; (3)
t2ср= 40-20=20 С.
Тепловая нагрузка аппарата:
Q = 1,05 G2 c2 (t2н - t2к);
где с2 - теплоемкость раствора 3,61 кДж/кг•К [1,248];
G2 - массовый расход раствора;
1,05 - коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.
G2 = = 1,16 кг/с;
Q = 1,051,16•3,31 (20-20) = 4,4кВт.
Расход конденсата:
G1= Q/с1 (t1н - t1к); (4)
где с1 = 4,19 кДж/кг·К - теплоемкость воды при 80 єС [1,537].
G1 = = 0,44 кг/с.
Выбор основных конструктивных размеров аппарата:
Принимаем, что аппарат изготовленный из труб 574 (внутренняя труба) и 764 (наружная труба) [2, 61].
Оптимальные условия теплообмена возможны при турбулентном режиме движения (Re > 10000). Поэтому скорость раствора в трубах должна быть больше w'2:
w'2 = Re22/ (dвн2); (5)
w'2 = = 0,65 м/с.
где 2 = 2,2910-3 Пас - вязкость раствора [1,807],
2 = 878 кг/м3 - плотность раствора [1,805]
d2 = 0,040 - внутренний диаметр трубы.
Число параллельно работающих труб 484:
n` = G2/0,785dвн2w`22; (6)
n`= 0,05.
Для обеспечения устойчивого турбулентного режима движения воды принимаем n` = 1, тогда фактическая скорость раствора будет равна:
w2 = G2/0,785dвн2n`22=м/с; (7)
= 0,55 м/с.
Критерий Рейнольдса для раствора:
Re2 = w2d22/2 = 0,550,040878/1,4510-3 = 13321;
режим движения - турбулентный Коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору Критерий Нуссельта:
Nu2 = 0,023Re20,8Pr20,4 (Pr2/Pr2ст) 0,25; (8)
Критерий Прандтля:
Pr2 = с/ = = 11,1.
= 0,432 Вт/мК - коэффициент теплопроводности [1c.811];
Re2 = 133210,8 = lg 133210,8 = 0,8 lg 13321 = 0,8?4,1245 = 3,2996
Antlg = 3,2996 =1664
Pr2 = 11,10,4 = lg 11,10,4 = 0,4 lg 11,1 = 0,4 (lg 111 - lg 10-1) = 0,4
• (2,0453 - 1) = 0,4?1,04181=0,4181
Antlg = 0,4181 = 2,612
Примем в первом приближении (Pr2/Pr2ст) 0,25 = 1, тогда
Nu2 = 0,02319940,812, 20,4 = 120,0
2 = Nu22/dвн =Вт/ (м2•К); (9)
б2= =1296 Вт/ (м2K).
Коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке:
Скорость воды в межтрубном пространстве:
w1 = G1/ [10,785 (Dвн2 - dн2) n] =м/с; (10)
w1= 0,44/9720,785 (0,0812 - 0,0572) 1 = 0,17 м/с.
где 1 = 972 кг/м3 - плотность воды при 10 С [1,804],
Dвн = 0,081 м - внутренний диаметр большой трубы,
dн = 0,057 м - наружный диаметр малой трубы.
Критерий Рейнольдса для воды: Re1 = w1dэ1/1,где 1 = 0,35510-3 - вязкость воды при 80 С [1, 806],
dэ - эквивалентный диаметр межтрубного пространства.
dэ = Dвн-dн = 0,081 - 0,057 = 0,024 м;
Re1 = 0,170,024972/0,35510-3 = 11171.
Режим движения - турбулентный.
Критерий Нуссельта:
Nu1 = 0,023Re10,8Pr10,4 (Pr1/Pr1ст) 0,25
Критерий Прандиля для воды Pr1 = 2,21 [2,537];
Re1 = 177420,8 = lg 177420,8 = 0,8 lg 17742 = 0,8?4,2490= 3,3992;
Antlg = 3,3992 = 6012;
Pr1 = 2, 20,4 = lg 2, 20,4 = 0,4 lg 2,2 = 0,4 (lg 22 - lg 10-1) = 0,4 (1,3424 - 1) = 0,4?0,3424 = 0,1472;
Antlg = 0,1472 = 1,404;
Примем в первом приближении (Pr1/Pr1ст) 0,25 = 1, тогда
Nu1 = 0,02360120,82,210,4 = 129,0;
1 = Nu11/dэ =Вт/ (м2•К); (11)
=5440 Вт/ (м2K).
где 1=0,673 Вт/ (мK) - теплопроводность воды при 80 С [1, 810]
Тепловое сопротивление стенки:
(12)
где = 0,004 м - толщина стенки
cт = 17,5 Вт/ (мК) - теплопроводность нерж. стали [2,529]
r1=r2=1/5800 мК/Вт - тепловое сопротивление загрязнений [2, 531]
= (0,004/17,5) + (1/5800) + (1/5800) = 5,7310-4 мК/Вт;
Коэффициент теплопередачи:
(13)
К = 1/ (1/5440+ 5,7310-4 + 1/1296) = 109 Вт/ (м2К).
Температура стенок:
Со стороны раствора:
tст2 = t2+ tср/2= С; (14)
tст2 =55+ 109 (-25) /1296 = 52,9 С;
Prст2= 9,6 1ут = Вт/ (м2К); (15)
Prст2=1296 (11,1/9,6) 0,25 =1345 Вт/ (м2К).
Со стороны воды:
tст1 = t1 - Ktср/1 = С; (16)
tст1 = 30 - 109 (-25) /5440 = 30,5 С;
1 = 5440 (2,21/2,43) 0,25 = 5338 Вт/ (м2К).
Уточненный расчет коэффициента теплопередачи:
K = 1/ (1/1345 + 5,7310-4+1/5338) = 124,66 Вт/ (м2К);
Проверяем температуру стенки:
tст1 = t1 - Ktср/1 = С; (17)
tст1 =80,0 - 124,6635/5338 = 79,2 С.
tст2 = t2 - Ktср/2 = С; (18)
tст2 =55+ 124,66 (-25) /1345 = 52,68 С.
Полученные значения близки к ранее принятым и дальнейшего уточнения не требуется.
Поверхность теплообмена F = Q/ (Ktср) =84,8103/ (124,6635) =19,44м2
Выбор стандартного аппарата по ГОСТ 8930-78 [3,61] выбираем стандартные неразборные элементы длиной 6,0 м, для которых поверхность теплообмена равна 0,90 м2, тогда число элементов в одном ряду составит:
N = F/ (nF1) =19,44/ (10,90) = 21,6 принимаем N = 22.
2.2 Гидравлический расчет
Гидравлический расчет:
Скорость раствора в трубах: w2 = 0,55 м/с.
Относительная шероховатость:
e2 = /dвн;
e2= 0,0002/0,040 = 0,0050;
где = 0,0002 м - шероховатость труб [2,14]
Коэффициент трения. Так как выполняется условие:
10/е2 = 10/0,005 =2000 < Re2 < 560/e2 = 560/0,005 = 112000.
то коэффициент трения будет равен:
2 = 0,11 (е2 + 68/Re2) 0,25 = 0,11 (0,005 + 68/13490) 0,25 = 0,11?0,010,25;
Lg0, 010,25 = 0,25lg 0,01 = 0,25 (lg 10 - lg 10-3) = 0,25 (0 - 3) = 0,25 ? ( - 3) = - 0,75 = 1,65;
Antlg 1,65 = 0,4467;
2 = 0,11?0,4467 = 0,049.
Сумма местных сопротивлений:
= 1 + 2 + 43
=0,5 + 1,0 = 1,5;
где 1 = 0,5 - вход в трубу [2,14];
2 = 1,0 - выход из трубы.
Гидравлическое сопротивление трубного пространства:
= Па; (19)
(0,0496·22/0,040 + 1,5) 8780,412/2 =12044 Па.
Подбор насоса:
Требуемый напор насоса:
Н = Р/ (g) =12044/ (8789,8) = 1,4 м.
Объемный секундный расход:
Q = G/ = 0,61/878= 0,00069 м3/с.
По этим двум величинам выбираем центробежный насос Х8/30, для которого производительность Q = 2,410-3 м3/с;
напор Н = 17 м [2,38].
Коэффициент трения для воды в межтрубном пространстве:
Скорость воды в межтрубном пространстве w1= 0,60 м/с.
Относительная шероховатость:
e1= /dэ = 0,0002/0,024 = 0,008.
Так как выполняется условие:
10/е1 = 10/0,008 = 1000 < Re1 < 1250/e1 = 560/0,008 = 70000.
то коэффициент трения будет равен:
1 = 0,11 (е1 + 68/Re1) 0,25 = 0,11 (0,008 + 68/17742) 0,25 = 0,026;
Lg0, 0120,25 = 0,25lg 0,012 = 0,25 (lg 12 - lg 10-3) = 0,25 (1,0792 - 3) = 0,25 ? ( - 1,9208) = - 0,4802 = 1,3802;
Antlg 1,3802 = 0,2400.
Сумма местных сопротивлений:
=9 (1 + 2);
= 13,5;
где 1 = 0,5 - вход в трубу [2,14];
2 = 1,0 - выход из трубы.
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства:
Па; (20)
( (0,0266·22/0,024 + 13,5) 9720,272/2 =14335 Па.
Подбор насоса:
Требуемый напор насоса:
Н = Р/ (g) = 14335/ (8789,8) = 1,6 м.
Объемный секундный расход:
Q = G / = 0,61/878 = 0,0026=2,6?10-3 м3/с.
По этим двум величинам выбираем центробежный насос Х8/30, для которого производительность Q = 2,610-3 м3/с.
напор Н = 17 м [2,38]
3. Техника безопасности и охрана окружающей среды
3.1 Техника безопасности при работе с теплообменником "труба в трубе"
Общие требования к техники безопасности
1. Перед началом работы с теплообменником:
приходить на работу за 15 минут до начало работы;
при получении новой работы требовать от мастера дополнительного инструктажа;
при выполнении работы пользоваться исправными инструментами, работать по нормам спец. одежде;
проверить оборудование на холостом ходу, а также заземление, освещение, вентиляцию;
выполнять только ту работу которую поручили на день.
2. Во время работы:
быть внимательным, не отвлекаться посторонними делами, не разговаривать и не отвлекать других;
не допускать посторонних лиц к своему рабочему месту;
не оставлять без присмотра включенное оборудование, даже на короткий срок;
быть внимательным к сигналам, подаваемые крановщиками электрокранов и водителя движущегося транспорта;
в случаи травмирования или недомогания прекратить работу, доложить об этом мастеру и обратиться в мед. пункт.
3. По окончанию работы:
тщательно убрать рабочее место;
сдать работу мастеру;
в журнале приема сдачи смен записать все поломки или видов брака за смену;
помыться, переодеться и покинуть территорию предприятия.
4. Потенциальные опасности:
травмы;
химические ожоги;
термические ожоги.
5. Потенциальные вредности:
токсичность используемых веществ при недостаточной вентиляции;
плохое освещение;
шум, вибрация;
температурный режим. [4,361]
Рабочие и служащие обязаны соблюдать дисциплину труда и выполнять правила внутреннего распорядка: не нарушать установленную продолжительность рабочего дня, добросовестно относиться к своей работе, пользоваться выданной спецодежде, спец обувью и всеми предусмотренными защитными и предохранительными приспособлениями, содержать в порядке и чистоте своё рабочие место. Соблюдать правило внутреннего трудового распорядка имеет важное значение для создания здоровых и безопасных условий труда.
Все работники предприятий химической промышленности, независимости от характера и степени опасности производства, квалификации и стажа работы по данной профессии или должности, при поступлении на работу, и в дальнейшем, периодически проходят различный инструктаж и обучение безопасным приёмам и методам работы. Без прохождения инструктажа никто не может быть допущен к выполнению своих профессиональных обязанностей.
Для - технологов наибольшее практическое значение для характеристики токсичности вещества представляет их ПДК в воздухе рабочей зоны, значение которых представлено в приложении к ГОСТу 12.1.005-76. (на сегодняшний день установлен ПДК больше, чем для 800 веществ). Это объясняется тем, что наиболее часто, производственные отравления, происходят в результате того, что вредные вещества поступают в организм человека в виде газов, паров, туманов, аэрозолей через органы дыхания. Этому способствует большая поверхность легочной ткани, быстрота проникновения в кровь и отсутствие дополнительных барьеров на пути яда из вдыхаемого воздуха в различные органы и системы организма. Дополнительную роль играет повышенная лёгочная вентиляция и усиление кровотока в легких при работе, особенно физической. На быстроту поступления токсических веществ из воздуха в кровь влияет их растворимость в воде, близкая с растворимостью в крови.
Процессы жизнедеятельности происходят в организме человека при условии сохранения постоянной температуры его тела около 36,5°, которая может колебаться без ущерба для здоровья в небольших пределах. Постоянная температура тела поддерживается теплорегуляцией, посредством рефлекторных механизмов, обеспечивающих необходимое соотношение процессов теплообразования и теплоотдачи в организме в зависимости от температуры окружающей среды. Важную роль играет центральная нервная система. Тепло в организме образуется за счет происходящих в нем химических процессов (обмена веществ), отдача тепла происходит различными путями, главным образом через кожу. Возможности теплорегуляции путем уменьшения или увеличения теплообразования и теплоотдачи ограничены и могут длительно осуществляться только в определенном диапазоне температуры окружающей среды. Поэтому длительное пребывание человека в условиях высокой температуры окружающей среды ведет к общему перегреванию организма, резким проявлением которого является тепловой удар. Он нередко возникает при работе в условиях высокой температуры воздуха в помещениях, а также во время длительных маршей и переходов, особенно плотными колоннами.
При температуре воздуха выше 33° теплорегуляция осуществляется повышенной теплоотдачей за счет испарения пота. Интенсивность этого процесса зависит от температуры, влажности и скорости движения воздуха. Повышенная влажность усиливает, а движение воздуха ослабляет вредное действие на организм высокой температуры.
Поэтому температура воздуха, которая может привести к перегреванию, не имеет абсолютного значения и колеблется в зависимости от продолжительности воздействия, влажности и скорости движения воздуха. Организм человека в состоянии осуществлять теплорегуляцию, если температура окружающего воздуха не превышает 45°. При влиянии неблагоприятных факторов внешней среды эта способность утрачивается уже при более низкой температуре и наступает перегревание организма. Например, при относительной влажности 85% перегревание может наступить при температуре 30 - 31°. Перегреванию способствует также мышечная работа, которая сопровождается усиленным образованием тепла в организме, и плотная одежда. При переутомлении, заболеваниях (сердечнососудистых, ожирении, расстройствах функции щитовидной железы), алкоголизме, в пожилом и раннем детском возрасте устойчивость организма к перегреванию снижена. Сказываются и индивидуальные особенности организма, поскольку при одних и тех же условиях внешней среды у разных лиц интенсивность потоотделения не одинаковая. [4,368]
3.2 Охрана окружающей среды и экологии
В химической и другой отраслях промышленности, есть технологические процессы, в которых техническими и организационными мероприятиями невозможно достичь безопасных и безвредных условий труда. В этом случае предусматривается система льгот и компенсации за профессиональные вредные условия труда; сокращенный рабочий день, дополнительный отпуск. Большую роль в предотвращении вредных воздействий на организм играет правильное применение средств индивидуальной защиты.
Воздействие на окружающую среду;
о перспективах развития техники и технологии защиты окружающей среды и их взаимосвязи со смежными направлениями науки, техники и технологии;
знать и уметь использовать:
принципы рационального использования природных ресурсов и защиты окружающей среды и основные задачи в области контроля и управления антропогенным воздействием на окружающую среду;
методы инструментального анализа в различных средах загрязняющих веществ и других факторов антропогенного воздействия на. окружающую среду;
правовую и нормативно-техническую документацию по вопросам защиты окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов;
методы оценки экологической и эколого-экономической эффективности природоохранных мероприятий;
иметь опыт:
работы с опасными химическими веществами и другими факторами воздействия на окружающую среду;
владения рациональными приемами поиска, сбора и хранения информации по вопросам охраны окружающей среды и использования природных ресурсов, а также анализа информации по поставленной конкретной задаче в данной области;
организации и осуществления экспериментальных исследований
по очистке отходящих газов и сточных вод, переработки и контроля технологических процессов с использованием современных средств и приборов;
владения принципами современного технического анализа и навыками обращения с соответствующей аналитической аппаратурой и приборами;
составления и анализа принципиальных технологических и аппаратурных схем технологических процессов;
проведения обследования и оценки экологической деятельности производства и разработки рекомендаций и предложений, направленных на ее совершенствование. Дополнительные требования к специальной подготовке инженера-эколога определяются высшим учебным заведением с учетом особенностей специализации.
Очистка выбросов, направляемых в атмосферу.
Существуют различные способы очистки выбросов, направляемых в атмосферу. Эффективность каждого метода определяется санитарными и техническими требованиями и зависит от физико-химических свойств удаляемых примесей, состава и активности реагентов, применяемых для очистки, а также от конструкции аппаратов. Наиболее распространенные методы очитки выбросов от газов и паров - абсорбционный, адсорбционные и каталитический. Абсорбционные и адсорбционные методы основаны на поглощении вредных газов и паров из воздуха жидкими или твердыми сорбентами. Регенерация поглотителя производится продувкой (отгонкой) острым паром. Очищенную от удаляемого компонента газовую смесь, если позволяют санитарные требования, выбрасывают в атмосферу. Выделенный из газовой смеси удаляемый компонент используют для производственных целей или обезвреживанию и уничтожению каким - либо способом превращаются в безвредные или менее вредные, легко удаляемые из газа. В последнем случае требуется вторая стадия очистки - методами абсорбции или адсорбции.
Предприятия химической промышленности и котельные выбрасывают в атмосферу значительные количества газов' и пыли к основным вредным веществам, загрязняющим атмосферу, относятся: углеводороды и их производные, оксид углерода, сероводород, серный ангидрид, оксиды азота, хлор, технический углерод, фтористые соединения, золу и другие продукты.
Различают организованные и неорганизованные источники загрязнения, Организованные выбросы, которые можно контролировать, поступают из коммуникаций хвостовых технологических газов, от предохранительных клапанов, из систем общей и местной вытяжной вентиляции и др. Неорганизованные выбросы, из-за неплотностей в аппаратуре, машинах, трубопроводах, при периодических технологических процессах, отборе проб вручную, открытом хранении сырья либо готовой продукции и др.
Борьба с неорганизованными выбросами затруднена в связи с тем, что их источники рассредоточены на большой территории, поэтому применение каких либо очищающих сооружений исключается. Для сокращения выбросов следует применять меры, связанные с изменением технологических процессов. Например, организация безотходных технологий, при которых отходы не выбрасываются наружу, а возвращаются обратно в процесс, организация непрерывных процессов. Усиление требований к степени герметичности оборудования и применение складов, емкостей. Транспортных устройств закрытого типа позволяет сократить выбросы. Организованные выбросы вновь возвращают в технологический процесс или подвергают очистке.
Для тонкой очистки воздуха от пыли применяют фильтры различной конструкции.
Сухие фильтры бывают бумажные, матерчатые, сетчатые и другие.
Для управления высокодисперсных частиц пыли и туманов применяют электрическую очистку газов в электрофильтрах. Принцип работы основан на создании силового электрического поля током высокого напряжения (50-100кВт), подводимого к коронирующим и осадительным электродам. [10,169]
Общий характер действия метилового спирта: наркотик, вызывающий сначала возбуждение, а затем паралич центральной нервной системы. При длительном воздействие больших доз паров метилового спирта может вызвать тяжёлые органические заболевания нервной системы, сердечно-сосудистой системы, пищеварительного тракта и т.д.
Острое отравление: Картина общего отравления общеизвестна. Острое отравление парами этилового спирта на производстве практически маловероятно, даже считая что все вдыхаемые пары остаются в организме. При вдыхании 2,5-5 мг/л уже через 20-25 мин изменяется скорость протекания коленного рефлекса.
Действия на кожу: Скорость проникания паров метилового спирта через кожу пропорциональна концентрации спирта в растворитель. Метиловый спирт в чистом виде вызывает у работающих сухость кожи, изредка - образование трещин.
Меры предосторожности: герметизация аппаратуры и коммуникаций, недоступность этилового спирта. [10,115]
Список использованных источников
1. Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической промышленности. М.: Химия, 1967 842с.
2. Кувшинский М.Н. Соболева А. П Курсовое проектирование по предмету "процессы и аппараты химической промышленности", М.: Высшая школа, 1980 223с.
3. Плановский А.Н. Николаев П. И Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, М.: Химия, 1987 496с.
4. Романков П.Г. Курочкина М.И. Примеры и задачи по курсу "Процессы и аппараты химической промышленности" Л.: Химия, 1984 229с.
5. Романков П.Г. Курочкина М.И. Расчетные диаграммы и номограммы по курсу Процессы и аппараты химической промышленности: Учебное пособие для техникумов Л.: Химия, 1985 7л.
6. ГОСТ 9930-67 Теплообменники "труба в трубе" стальные.
7. Павлов К. Ф, Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов Л.: Химия, 1987 576 с.
8. Брадис В.М. Четырехзначные математические таблицы М.: Просвещение, 1990 95с.
9. Послание президента 2012год - "Рост благосостояния граждан Казахстана - главная цель государственной политики".
10. Медведев В.С. Охрана труда и противопожарная защита в химической промышленности. Москва. Химия, 1989 288с.
11. Карпов В.Н. Оборудование предприятий химической промышленности. Химия, 1978 350с.
12. Лазарев Н.В. Левина Э.Н. Вредные вещества в промышленности. Химия, 1983 590 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Назначение и химизм процессов гидроочистки. Тепловой эффект реакции. Классификация теплообменных аппаратов. Теплообменник типа "труба в трубе". Химический состав нержавеющей стали ОХ18Н10Т по ГОСТ 5632-72. Анализ вредных и опасных факторов производства.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 21.05.2015Применение теплообменных аппаратов типа "труба в трубе" и кожухотрубчатых для нагрева уксусной кислоты и охлаждения насыщенного водяного пара. Обеспечение должного теплообмена и достижения более высоких тепловых нагрузок на единицу массы аппарата.
курсовая работа [462,6 K], добавлен 06.11.2012Особенности простых и сложных тепловых процессов. Проведение расчета теплообменника "Труба в трубе". Алгоритм теоретических расчётов параметров рабочих органов молотковых и вальцовых дробилок. Устройство и принцип работы молотковых и вальцовых дробилок.
контрольная работа [358,4 K], добавлен 22.10.2012Разработка линии по переработке подсырной молочной сыворотки. Технология переработки продукта с применением блоков ультрафильтрации и обратного осмоса. Расчет конструктивных параметров теплообменника типа "труба в трубе". Выбор статического смесителя.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 03.01.2015Характеристика и классификация теплообменных аппаратов. Проект горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации перегретого пара; тепловой, гидравлический и механический расчеты; определение толщины тепловой изоляции; техника безопасности.
курсовая работа [176,2 K], добавлен 13.08.2011Расчет потерь напора на трение в данном отрезке трубы, потерь давления на трение в трубах в магистралях гидропередачи, при внезапном расширении трубопровода. Определение необходимого диаметра отверстия диафрагмы, расхода воды в трубе поперечного сечения.
контрольная работа [295,2 K], добавлен 30.11.2009Определение действительных объемов воздуха и продуктов сгорания. Расчет теоретического объема воздуха, необходимого для сжигания газа. Определение диаметров и глубин проникновения. Геометрические характеристики горелки. Состав рабочей массы топлива.
реферат [619,7 K], добавлен 20.06.2015Основные виды теплообменных аппаратов, применяемых в химической промышленности. Основы процесса, протекающего в кожухотрубчатом теплообменнике. Расчет энтальпии нефти на выходе в теплообменник, тепловой баланс и противоточная схема процесса теплообмена.
курсовая работа [735,3 K], добавлен 07.09.2012Устройство и принцип действия пастеризационной установки при производстве пастеризованного молока, механизм теплопередачи через разделяющую стенку от более нагретой среды к менее нагретой. Разработка метода расчета теплообменного аппарата, его параметры.
курсовая работа [382,5 K], добавлен 13.03.2011Проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов. Тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника, а также тепловой расчёт пластинчатого теплообменника. Расчет гидравлических сопротивлений при движении теплоносителей.
курсовая работа [562,3 K], добавлен 29.12.2010
