- •Дипломное проектирование. Подготовка, оформление и защита
- •Часть 1
- •1 Задания для выполнения курсовых и дипломных проектов
- •2 Содержание и оформление дипломного проекта
- •2.1 Общие требования
- •2.2 Титульный лист
- •2.3 Техническое задание
- •2.4 Реферат
- •2.5 Содержание
- •2.6 Введение
- •2.7 Основная часть
- •2.7.1 Общие положения
- •2.7.2 Оформление перечислений
- •2.7.3 Оформление иллюстраций
- •2.7.5 Оформление формул
- •2.7.6 Ссылки
- •2.7.7 Сноски
- •2.7.8 Структура основной части
- •2.8 Заключение
- •2.9 Список использованных источников
- •2.10 Приложения
- •2.11 Изложение текста документа
- •3 Описание технологической схемы
- •4 Характеристика сырья, готовой продукции, катализаторов
- •5 Расчет материального баланса [2, 6]
- •5.1 Алгоритм расчета
- •1) Исходные данные:
- •3) Составление условной схемы реактора с указанием входящих и выходящих потоков.
- •5) Расчет состава и количества циркулирующих потоков.
- •4) Расчет материальных потоков
- •5) Составляем сводную таблицу материального баланса
- •5.3 Расчет материального баланса установки прямой гидратации
- •1) Исходные данные:
- •2) Рассчитаем производительность установки по уравнению (5.1):
- •3) Схема материальных потов реактора гидратации этилена (рисунок 4):
- •4) Расчет материальных потоков реактора
- •6 Расчет теплового баланса [2-5]
- •6.1 Общие положения
- •5) Рассчитывается количество тепла, уносимое выходящими из аппарата потоками.
- •8) Приводится сводная таблица теплового баланса аппарата.
- •6.2 Расчет теплового баланса реактора гидрирования бензола первой ступени
- •2) Рассчитываем тепло, выделяющееся в процессе реакции.
- •5) Определяем количество тепла, которое необходимо отвести из реактора.
- •6) Находим расход водного конденсата.
- •6.3 Расчет теплового баланса реактора гидратации этилена
- •1) Рассчитаем количество тепла, поступающего в реактор.
- •2) Рассчитываем тепло выделяющееся в процессе для каждой реакции.
- •4) Рассчитаем температуру на выходе из реактора.
- •7 Расчет и подбор основного оборудования [10-14]
- •7.1 Расчет насоса
- •7.2 Расчет сепаратора
- •7.3 Расчет теплообменных аппаратов [10-12, 14]
- •7.3.1 Порядок расчета
- •7.3.2 Полный расчет теплообменного аппарата
- •7.3.3 Поверочный расчет теплообменного аппарата
- •8 Конструктивно-механический расчет основного аппарата
- •8.1 Расчет толщины обечайки корпуса
- •8.2 Расчет толщины стенки днища
- •8.3 Расчет опор аппаратов
- •9 Аналитический контроль производства
- •10 Системы контроля и управления производством [15]
- •11. Утилизация отходов и охрана окружающей среды [16,18]
- •11.1 Общие вопросы
- •11.2 Методы очистки сточных вод и газовых выбросов
- •11.3 Экологическое обоснование технологических решений
- •12 Охрана труда и техника безопасности [17, 19]
- •12.1 Анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов
- •12.2 Категория помещений по взрывоопасности
- •12.3 Герметизация оборудования
- •12.4 Применение предохранительных, сигнализирующих и ограждающих устройств
- •12.5 Меры безопасности при пуске и ведении технологического процесса
- •12.6 Меры защиты от статического электричества
- •12.7 Санитарно-технические мероприятия
- •12.8 Средства индивидуальной защиты
- •12.9 Противопожарные мероприятия
- •13 Требования к оформлению графических материалов
- •14 Порядок защиты дипломного проекта
- •Список тем для выполнения дипломных проектов по специальности 240401
- •Список тем для выполнения дипломных проектов по специальности 240501
- •Обозначения условные графические. Обозначения элементов трубопроводов. Гост 2.784-96
- •Обозначения условные графические. Аппаратура трубопроводная. Гост 2.785-70
- •Обозначение условные графические. Машины гидравлические и пневматические. Гост 2.782-96
- •Обозначения условные графические. Обозначения элементов корпусов. Гост 2.788-74
- •Обозначения условные графические. Аппараты теплообменные. Гост 2.789-74
- •Обозначения условные графические. Элементы и устройства машин и аппаратов химических производств. Гост 2.793-79
- •Обозначения условные графические. Аппараты колонные. Гост 2.790-74
- •Работа с редактором формул «Microsoft Equation»
- •Окно ввода формулы
- •Панель инструментов
- •Строка меню
- •Использование функции «Поиск решения» программы ms Excel
- •Примеры построения условных обозначений средств автоматизации
- •1. Процесс перемешивания
- •2. Процесс перемещения жидкости центробежным насосом.
- •3. Установка с двухступенчатым поршневым компрессором.
- •4. Кожухотрубчатый теплообменник
- •5. Испаритель.
- •6. Кристаллизатор
- •7. Абсорбер
- •8. Ректификационная колонна.
- •9. Реакторные блоки.
- •Содержание
7.3.2 Полный расчет теплообменного аппарата
Выполним расчет теплообменника, служащего для подогрева окислительной шихты перед подачей ее в реактор в процессе окисления изопропилбензола в гидроперекись изопропилбензола.
Нагреваемая среда – окислительная шихта с температурой входа t1=50оС и температурой выхода t2=125oС. Подача шихты составляет Gш =129503 кг/ч или 1070793.14 моль/ч. Теплоемкость шихты при средней температуре процесса tср=(125+50)/2=88оС равна Срш = 283,59 Дж/(моль·К).
Теплоноситель – перегретый водяной пар с давлением 5 кгс/см2, температура входа θ1=290оС, температура выхода конденсата θ2=150оС. Удельная теплоемкость пара при средней температуре θср=(290+150)/2=220оС равна Срв.п.=39160,8 Дж/(моль·К).
Рассчитаем количество тепла, получаемого шихтой в процессе теплообмена по формуле:
, (7.8)
Qш = 1070793.14·283,59·(125-50)=22775141934 Дж/ч, или 6326428,32 Дж/с.
Коэффициент теплоиспользования η=0,98. Тогда тепло, выделившееся при охлаждении и конденсации водяного пара равно
Qв.п. = η·Qш, (7.9)
Qв.п. = 0,98·22775141934=23239940749 Дж/ч или 6455539,1 Дж/с.
Рассчитаем расход водяного пара, необходимый для нагрева шихты.
Теплота конденсации водяного пара в данных условиях равна Hконд=38475,57 Дж/моль.
Количество теплоты, переданное водяным паром
Qв.п. = Gв.п.·Срв.п.·(θ1-θ2)+ Gв.п· Hконд. (7.10)
Отсюда, расход водяного пара
,
моль/ч или 75,77 кг/ч.
Рассчитаем средний температурный напор Δtcp.
Изменение температур потоков имеет вид:
теплоноситель 290о → 150о
окислительная шихта 125о ← 50о
Δtб=290-125=165о; Δtм =150-50=100о;
отношение Δtб/Δtм=165/100=1,65.
Средний температурный напор Δtcp найдем как средне-логарифмическую разность:
, (7.11)
°.
Исходя из условий теплообмена, примем ориентировочный коэффициент теплопередачи Кориент=290 Вт/(м2·К).
Тогда из уравнения теплопередачи (7.6) поверхность теплообмена
м2.
Принимаем кожухотрубчатый теплообменник (ГОСТ 15118-79), характеристики которого приведены в таблице 17.
Таблица 17 – Характеристики принятого кожухотрубчатого теплообменника
Длина труб |
3 |
м |
поверхность теплообмена |
214 |
м2 |
число ходов z |
2 |
|
диаметр кожуха |
1000 |
мм |
диаметр труб |
20 × 2 |
мм |
число труб n |
1138 |
|
Произведем уточненный расчет коэффициента теплопередачи. В данном случае уравнение (7.5) имеет следующий вид:
, (7.12)
где αш и αв.п. – коэффициенты теплоотдачи шихты и водяного пара соответственно, Вт/(м•К);
Σ(δ/λ) – сумма температурных сопротивлений, Вт/(м2•К).
Расчет коэффициента теплоотдачи для трубного пространства
В трубное пространство теплообменника подается окислительная шихта Gш=129503 кг/ч=35,97 кг/с.
Плотность шихты ρш=750 кг/м3. Объемная скорость шихты равна
Gобш=Gш/ρш, (7.13)
Gобш=35.97/750=0.048 м3/с.
Внутренний диаметр трубы равен d=0,016 м.
Линейная скорость ω (м/с) находится по формуле:
(7.14)
где G – объемная скорость подачи, м3/с;
d – внутренний диаметр трубы, м;
n – число труб в теплообменнике;
z – число ходов в теплообменнике.
Следовательно, линейная скорость шихты
.
Динамическая вязкость шихты μш=0,00074 Па·с.
Критерий Рейнольдса Re равен
, (7.15)
где ω - линейная скорость, м/с;
d – внутренний диаметр трубы, м;
ρ - плотность шихты, кг/м3;
μ - динамическая вязкость, Па·с.
, т.е., режим переходный.
Критерий Нуссельта для переходного режима описывается уравнением
Nuж=0,008Reж0,9Prж0,43, (7.16)
где Prж – критерий Прандтля для окислительной шихты.
Pr=Cp·μ/λ, (7.17)
где Ср – удельная теплоемкость шихты, 2344,88 Дж/(кг·К);
λ – удельная теплопроводность окислительной шихты, 0,118 Вт/(м·К).
Pr=2344,88·0,00074/0,118=14,77.
Nu=0.008·68020.9·14.770.43=71.66.
Коэффициент теплоотдачи
, (7.18)
где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м·К);
Nu – критерий Нуссельта;
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);
d – внутренний диаметр трубы, м.
Вт/(м2·К).
Расчет коэффициента теплоотдачи для межтрубного пространства
В межтрубное пространство подается перегретый водяной пар. Плотность пара в условиях процесса
, (7.19)
где ρв.п. - плотность водяного пара в условиях процесса, кг/м3;
ρ0 - плотность водяного пара при нормальных условиях, кг/м3;
P – рабочее давление, атм;
P0 – давление при нормальных условиях, P0=1 атм;
T – рабочая температура, К;
T0 – температура при нормальных условиях, T0=298 К.
кг/м3.
Объемная подача пара по формуле (7.13) Gобв.п.=75,77/(2,22·3600)=0,0095 м3/с.
Наружный диаметр трубок 0.02 м.
Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства
, (7.20)
где dэ – эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м;
D – диаметр кожуха теплообменника, м;
n – число труб в теплообменнике;
d – наружный диаметр трубы, м.
м.
Скорость пара определяется по формуле:
, (7.21)
где ω – скорость, м/с;
G – объемная подача, м3/с;
d – эквивалентный диаметр, м.
м/с.
Динамическая вязкость пара μв.п.=2,03·10-5 Па·с.
Критерий Рейнольдса для водяного пара по формуле (7.15):
, т.е. режим турбулентный.
Для турбулентного режима критерий Нуссельта рассчитывается по формуле
Nu=0,021·Re0,8 Pr0,43 (Pr/Prст)0,25, (7.22)
где (Prж/Prст)0,25=1.
Теплопроводность перегретого пара λ=0,00331 Вт/(м·К);
теплоемкость пара Ср=2175600 Дж/(кг·К).
Критерий Прандтля для водяного пара по формуле (7.17) равен
Pr=2.03·10-5·2175600/0.00331=13356.86.
Критерий Нуссельта по формуле (7.22):
Nu=0.021·57500.090.8·13356.860.43=8016.9.
Коэффициент теплоотдачи водяного пара по формуле (7.18) равен
Вт/(м2·К).
Термические сопротивления по справочным данным составляют:
теплопроводность стали λ=47 Вт/(м·К),
толщина стенки δ=0,002 м,
тепловое сопротивление для водяного пара δ/λ=0,00006 (м2·К)/Вт.
Таким образом, Σ(δ/λ)i = 0.002/47+0.00006 = 0.00064 (м2·К)/Вт.
Коэффициент теплопередачи по формуле (7.12) равен
.
Тогда расчетная поверхность теплообмена (7.6)
м2.
Т.е., Fрасч< Fнорм, следовательно к установке принимаем выбранный теплообменник.
Запас поверхности составляет (214-169,4)/169,4=0,26 или 26%.
Гидравлический расчет теплообменника
1) Трубное пространство
Коэффициент трения определяется по формуле
(7.23)
где е = Δ/d – относительная шероховатость труб;
Δ=0,2 мм = 0,0002 м– высота выступов шероховатостей;
d – внутренний диаметр труб, м;
е=0,0002/0,016=0,0125.
.
Коэффициенты местных сопротивлений для трубного пространства представлены в таблице 18:
Таблица 18 – Коэффициенты местных сопротивлений для трубного пространства
Коэффициенты местных сопротивлений |
Значение |
Входная и выходная камеры ξтр1 |
1,5 |
Поворот между ходами ξтр2 |
2,5 |
Вход в трубы и выход из них ξтр3 |
1 |
Диаметр штуцеров трубного пространства примем 0,25 м. Тогда скорость потока в штуцерах по формуле (7.21):
м/с.
Рассчитаем гидравлическое сопротивление для трубного пространства ΔРтр:
, (7.24)
где z – число ходов;
L – длина труб.
.
2) Межтрубное пространство
Диаметр штуцеров для межтрубного пространства принимаем 0,25 м.
Скорость потока в штуцерах по формуле (7.21)
м/с.
Коэффициенты местных сопротивлений для межтрубного пространства представлены в таблице 19.
Таблица 19 - Коэффициенты местных сопротивлений для межтрубного пространства
Коэффициенты местных сопротивлений |
Значение |
Вход и выход ξтр1 |
1,5 |
Поворот через сегментную перегородку ξтр2 |
1,5 |
Сопротивление пучка труб ξтр3=3m/Reмтр0,2 |
1,77·10-8 |
|
|
Рассчитаем гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве ΔРмтр:
, (7.25)
где х=6 – число сегментных перегородок;
m – число рядов труб,.