КП 240404.318.08.ПЗ

2011

Содержание

Введение……………………………………………………………………….....4

1Теоретическая часть…………………………………………………………...5

1.1 Теоретические основы теплопередачи………………………………….…..5

1.2 Устройство принцип действия кожухотрубного дефлегматора………….8

1.3 Техника безопасности при эксплуатации аппарата..………………….....9

1.4 Охрана окружающей среды…………………………………………………11

2 Расчетная часть………………………………………………………………..13

2.1 Технологический расчет…………………………………………………..13

2.2 Тепловой расчет……………………………………………………………16 2.3 Гидравлический расчет…………………………………………………….19 2.4 Конструктивный расчет……………………………………………………20

Заключение……………………………………………………………………...21

Литература………………………………………………………………………22

Приложение [А]..………………………………………………………………..23

Введение

В современном мире нефтегазовая промышленность имеет огромное значение. Трудно представить планету без топлива, смазочных материалов и других нефтепродуктов. Без химической промышленности очень тяжело пришлось-бы развиваться другим отраслям. Экономика многих стран и вчастности России основывается на нефти и газе.

В современной химической промышленности в одной из ведущих её отраслей нефти и газоперерабатывающей промышленности перерабатывается сырьё различных видов и производится большое число продуктов. Технологическое оформление производственных процессов крайне многообразно. Вот здесь нам и понадобится предмет «Процессы и аппараты». В курсе предмета изучается теория основных процессов, принципы устройства и методы расчета аппаратов и машин, используемых для проведения этих процессов. Анализ закономерностей основных процессов и разработка обобщенных методов расчета аппаратов производятся исходя из законов физики, химии, физической химии, термодинамики, экономики и других наук.

Основные процессы химической технологии в настоящее время подразделяются на следующие группы:

Процессы, связанные с переходом вещества из одной фазы в другую.

Гидромеханические процессы связанны с механическим смешением или разделением неоднородных систем, состоящих из различных фаз.

Механические процессы, связанные с обработкой и перемешиванием твердых материалов.

Химические процессы, связанные с химическими превращениями участвующих в процессе материалов и получении новых соединений.

Тепловые процессы, связанные с передачей тепла от одной среды к другой.

К тепловым процессам относится и конденсация паров, происходящая в дефлегматоре, в качестве дефлегматора мы используем кожухотрубный теплообменник. Достоинства кожухотрубных теплообменников:

простая конструкция,

легкость монтажа, ремонта,

безотказность в работе даже в агрессивных средах,

тепловая мощность кожухотрубных теплообмеников выше, чем у пластинчатых,

легче приспособлены для очистки (нет сложности в обслуживании и выше срок службы),

безопасность в эксплуатации высока, риск смешения рабочих сред минимален,

эксплуатация кожухотрубных теплообменников обойдется вам меньше, чем других видов теплообменных аппаратов.

1 Теоретическая часть

1.1 Теоретические основы теплопередачи

В основе дефлегмации лежит процесс конденсации - это теплообменный процесс, перехода из газообразного состояния в жидкое.

Перенос энергии в форме тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Движущей силой любого процесса является разность температуры более и менее нагретого тела, при наличии которой тепло самопроизвольно в соответствие со вторым законом термодинамики переходит от более нагретого тела к менее нагретому. В результате теплообмена интенсивность движения более нагретых частиц уменьшается, а менее нагретых возрастает. Тела, участвующие в теплообмене называют теплоносителями.

Теплопередача – процесс распространения тепла. Способы переноса тепла: теплопроводность (реализуется внутри твёрдых тел), конвекция (возникает в результате перемешивания в жидкостях и газах), тепловое излучение (лучеиспускание).

Теплопроводность — это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, ионами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Конвекцией называется перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости. Перенос тепла возможен в условиях естественной, или свободной, конвекции, обусловленной разностью плотностей в различных точках объема жидкости, возникающей вследствие разности температур в этих точках или в условиях вынужденной конвекции при принудительном движении всего объема жидкости, например в случае перемешивания, ее мешалкой.

Тепловое излучение – это процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длинной волн, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела. Все тела способны излучать энергию, которая поглощается другими талами и снова превращается в тепло. Таким образом, осуществляется лучистый теплообмен; он складывается из процессов лучеиспускания и лучепоглощения.

В реальных случаях тепло передается не каким–либо одним из указанных выше способов, а комбинированным путем.

Например, при теплообмене между твердой стенкой и газовой средой тепло передается одновременно конвекцией, теплопроводностью и излучением. Перенос тепла от стенки к газообразной среде или в обратном направлении называется теплоотдачей.

Еще более сложным является процесс передачи тепла от более нагретой к менее нагретой жидкости через разделяющую их поверхность или твердую стенку. Этот процесс носит название теплопередачи.

В процессе теплопередачи переносу тепла конвекцией сопутствуют теплопроводность и теплообмен излучением. Однако для конкретных условий преобладающим обычно является один из видов распространения тепла.

В непрерывно действующих аппаратах температуры в различных точках не изменяются во времени и протекающие процессы теплообмена являются установившимися. В периодически действующих аппаратах, где температуры меняются во времени, осуществляются неустановившиеся, или нестационарные, процессы теплообмена.

В курсовом проекте рассматривают кожухотрубный теплообменник для охлаждения и конденсации паров выходящих с верха ректификационной колонны, он относится к поверхностным аппаратам и на него распространяется закон теплопередачи.

Дефлегмация — частичная конденсация смесей различных паров и газов с целью обогащения их низкокипящими компонентами. Дефлегмация основана на преимущественной конденсации высококипящих компонентов при их охлаждении. Дефлегмация представляет собой разновидность противоточной фракционированной конденсации. Дефлегмацией пользуются как промежуточной стадией при разделении газовых смесей, а также в процессах дистиляции и ректификации.

Для образования потока флегмы в верхней части колонны необходимо отводить тепло, обеспечивая конденсацию соответствующего количества паров. В промышленности получили применение следующие три основных способа отвода тепла:

Отвод тепла в парциальном конденсаторе. При данном способе отвода тепла пары, уходящие с верхней тарелки колонны, поступают в конденсатор, где часть паров  конденсируется и возвращается на верхнюю тарелку, образуя орошение, а пары ректификата D отводятся из конденсатора. При парциальной конденсации принимают, что пары ректификата D и флегмы  находятся в равновесии, т.е. парциальный конденсатор эквивалентен одной теорет ической тарелке.

Отвод тепла холодным испаряющимся орошением. Этот способ отвода тепла получил наибольшее распространение на нефте- и газоперерабатывающих заводах. В отличие от парциальной конденсации поток паров с верхней тарелки направляется в конденсатор, где полностью конденсируется и охлаждается до температуры. Образовавшаяся холодная жидкость делится на два потока: ректификата  D и холодного (или острого) орошени, вводимого на верхнюю тарелку колонны.

Отвод тепла циркуляционным неиспаряющимся орошением. Этот вид орошения применяют в нефтепереработке в случае коррозионного сырья, содержащего пары воды, что в условиях конденсации приводит к интенсивной коррозии оборудования. Из сопоставления схем можно установить аналогию с парциальной конденсацией.

Часть флегмы с верхней тарелки охлаждается в холодильнике и при температуре возвращается на верхнюю тарелку. Здесь холодная жидкость контактирует с парами, поднимающимися с нижележащей тарелки. При этом часть паров охлаждается и конденсируется, образуя поток флегмы, а пары ректификата находятся в равновесии с циркулирующей жидкостью. Охлаждающие агенты, способы охлаждения и конденсации.Для охлаждения до обычной температуры наиболее широко используют воздух и воду. По сравнению с воздухом вода отличается большой теплоёмкостью более высоким коэффициентом теплоотдачи и позволяет производить охлаждение до более низких температур. Конденсация паров — переход вещества в жидкое состояние из газообразного. Температура, ниже которой происходит конденсация, называется критической.

Конденсация пара (газа) может быть осуществлена либо пу­тем охлаждения пара (газа), либо посредством охлаждения и сжатия одновременно. Далее рассмотрены только процессы конденсации, прово­димые путем охлаждения паров водой и холодным воздухом.

Конденсацию паров часто используют в основных химико-технологи­ческих процессах, например при выпаривании, вакуум-сушке и др., для создания разрежения. Пары, подлежащие конденсации, обычно отводят из аппарата, где они образуются, в отдельный закрытый аппарат, слу­жащий для конденсации паров — конденсатор, охлаждаемый водой или воздухом.

В качестве охлаждающего агента применяют речную, озерную, прудовую или артезианскую воду. Если по местным условиям вода дефицитна или её транспортирование связано со значительными расходами, то охлаждение производят оборотной водой – отработанной водой теплообменных устройств. Эту воду охлаждают путем её частичного испарения в открытых бассейнах или чаще всего градирнях, путем смешения с потоком воздуха и снова направляют на использование в качестве охлаждающего агента.

Температура охлаждения зависит от начальной температуры воды. Температура охлаждения речной, озерной и прудовой воды 4-25°с, артезианской воды 8-15°с и оборотной приблизительно 30°с. При проектировании теплообменного аппарата берут летние, самые неблагоприятные, условия, что обеспечит надежную работу теплообменника на весь год. Температура воды на выходе из теплообменника не должна превышать 40-50°с, чтоб свести к минимуму растворение в воде вредных солей, загрязняющих теплообменную поверхность, тем самым снижающих эффективность теплопередачи.

1.2 Устройство, принцип действия кожухотрубного дефлегматора.

В курсовом проекте рассматривается дефлегматор, в качестве него берется вертикальный кожухотрубный теплообменник.

В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников:

1) поверхностные теплообменники, в которых пе­ренос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена — глухую стенку,

2) теплообменники смешения, в которых тепло пере­дается от одной среды к другой при их непосредственном соприкоснове­нии.

Значительно реже применяются в химической промышленности регенеративные теплообменники, в которых нагрев жид­ких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твер­дыми телами — насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагре­ваемой другим теплоносителем.

Поверхностные теплообменники наиболее распространены, и их конст­рукции весьма разнообразны. Ниже рассмотрены типовые, в основном нормализованные, конструкции поверхностных теплообменников и рас­пространенные конденсаторы смешения.

В химической технологии применяются теплообменники, изготовлен­ные из самых различных металлов (углеродистых и легированных сталей, меди, титана, тантала и др.), а также из неметаллических материалов, например графита, тефлона и др. Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью и теплопроводностью, причем конструкция теплообменного аппарата существенно зависит от свойств выбранного материала. Конструкции теплообменников должны отличатся простотой удобством монтажа и ремонта.

Кожухотрубные теплообменники состоят из пучков труб, укрепленных в трубных досках, кожухов, крышек, камер, патрубков и опор. Трубное и межтрубное пространства в этих аппаратах разобщены, причем каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов.

В кожухотрубном теплообменнике (дефлегматоре) вода Ι движется внутри труб (в трубном пространстве), а пары ацетона ΙΙ – в межтрубном пространстве. Среды направляются противотоком друг к другу. Трубы в решетках равномерно размещают по периметрам правильных шестиугольников, т.е. по вершинам равносторонних треугольников.

Дефлегматор (рис. А) многоходовый кожухотрубный теплообменник состоит из корпуса или кожуха 1, и преваренных к нему трубных решеток 2. В трубных решетках закреплен пучок труб 3, к трубным решеткам крепятся крышки 4. С помощью поперечных перегородок 5, установленных в крышках теплообменника, трубы разделяются на секции, или ходы, по котором последовательно движется вода, протекающая в трубном пространстве теплообменника. Разбивку на ходы производят таким образом чтобы во всех секциях находилось примерно одинаковое число труб.

Вследствие меньшей площади суммарного поперечного сечения труб, размещенных в одной секции, по сравнению с поперечным сечением всего пучка труб скорость жидкости в трубном пространстве многоходового теплообменника возрастает в число раз, равное числу труб.

В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при равных расходах теплоносителей с одинаковым фазовым состоянием коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает общий коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению эффективности теплообмена.

Трубные доски (решетки) служат для закрепления в них пучка труб при помощи развальцовки, разбортовки, заварки, запайки или сальниковых креплений. Трубные доски приваривают к кожуху, зажимают болтами между фланцами кожуха и крышки, или соединяют болтами только с фланцем свободной камеры, материалом досок служит обычно листовая сталь толщиной не менее 20мм. Кожухотрубчатые теплообменники могут быть жесткой, нежесткой и полужесткой конструкции, одноходовые и многоходовые, прямоточные, противоточные и поперечноточные, горизонтальные, наклонные и вертикальные.

В парожидкостных теплообменниках пар проходит обычно в межтрубном пространстве, а жидкость – по трубам. Разность температур стенки корпуса и труб обычно значительна. Для компенсации разности тепловых удлинений между кожухом и трубами устанавливают линзовые, сальниковые или сильфонные компенсаторы.

А

І- вода, ІІ- ацетон, 1-кожух, 2- трубные решетки, 3- трубные решетки,

4- крышки, 5- поперечные перегороди, 6- перегородки.