Проект системы конденсации паров 40% раствора метилового спирта водой производительностью 15103 кг/ч

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Омский  государственный технический университет»

Нефтехимический институт

Кафедра «Машины  и аппараты химических производств»

Специальность «Химическая технология органических веществ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

на тему: «Проект  системы конденсации паров 40% раствора метилового спирта водой производительностью 15×10³ кг/ч» 

Дисциплина  «Процессы и аппараты химической технологии» 

Студент: Пляшкевич К.К., группа ХТ-318 

Пояснительная записка

Шифр проекта  КП-2068998-49-12 ПЗ 
 
 
 
 
 

Руководитель  проекта:

                                                                       Ломова О.С.        . 

                                                                                                    .

                                                             ^{(подпись,  дата)}

                                                           Разработал  студент:

                                                                     Пляшкевич К.К.     . 

                                                                                                    .

                                                             ^{(подпись,  дата)} 
 
 
 
 

Омск – 2011.

ГОУ ВПО «Омский  государственный технический университет» 

Кафедра: «Химическая  технология органических веществ»

Специальность: «Химическая технология органических веществ» 
 

Задание

на курсовое проектирование

по дисциплине «Процессы и аппараты химических производств»

Студент: Пляшкевич К.К., группа ХТ-318

 

1. Тема проекта: Разработать проект кожухотрубного теплообменного аппарата. 

2. Срок сдачи студентом  законченного проекта: 

3. Исходные данные  к проекту: Разработать проект кожухотрубного теплообменного аппарата для конденсации 40% раствора метилового спирта водой. Производительность 15000 кг/час.  Начальная температура 40% раствора метилового спирта t_н1=70⁰С, конечная температура 40% раствора метилового спирта t_к1=25⁰С. Начальная температура воды t_н2=20⁰С, конечная температура воды t_к2=35⁰С. Давление в аппарате составляет 0,1 МПа. 

4. Содержание проекта (работы):

   

   

     

   4.1. Разделы пояснительной записки  (перечень подлежащих разработке  вопросов):  

   4.2. Перечень графического материала  (с указанием обязательных чертежей):

 
 

5. Основная рекомендуемая литература:

 

6. Дата выдачи  задания:

 
 

Зав. кафедрой

^{(подпись, дата)}

Руководитель

^{(подпись,  дата)}

Студент

^{(подпись,  дата)}

Содержание 

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

1. Описание технологической схемы……...................................................6
2. Технологический расчет теплообменного аппарата…………………....7

     2.1. Расчет тепловой нагрузки (теплового баланса)…………………………………...7

     2.2. Расчет производительности по хладагенту………………………………………...7

     2.3. Расчет средне температуры потока………………………………………….…...…7

     2.4. Расчет среднелогарифмической разности температур……………………….…8

     2.5. Расчет объемного расхода хладагента и теплоносителя………………………..8

     2.6. Ориентировочный выбор теплообменного аппарата……………………………..8

     2.7. Расчет ориентировочной поверхности теплообмена………………….……..…..9

     2.8. Расчет коэффициента теплоотдачи………………………………….…………...…9

     2.9. Расчет коэффициента теплопередачи ………………….……………………...…11

     2.10. Расчет требуемой поверхности теплообмена………………………………..…11

     2.11. Расчет гидравличского сопротивления теплообменного аппарата……...….11

3. Проверочный расчет теплообменного аппарата……………………….13

Заключение………………………………………………………..…………..…….14

Библиографический список……………………………………………….…...….15 

Приложение 1

Приложение 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Кожухотрубный теплообменник является наиболее распространенным аппаратом вследствие компактного размещения большой теплопередающей поверхности в единице объема аппарата. Поверхность теплообмена в нем образуется пучком параллельно расположенных трубок концы, которых закреплены в двух трубных досках (решетках). Трубки заключены в цилиндрический кожух, приваренный к трубным доскам или соединенный с ними фланцами. К трубным решеткам крепятся на болтах распределительные головки, что позволяет легко снять их и произвести чистку трубок или в случае необходимости заменить новыми. Для подачи и отбора теплообменивающихся сред в аппарате имеются штуцера. В целях предупреждения смешения сред трубки закрепляются в решетах чаще всего развальцовкой, сваркой или реже для предупреждения термических напряжений с помощью сальников.

      Преимущества  проведения процессов теплообмена  по принципу противотока, что обычно и выполняется в кожухотрубных теплообменных аппаратах. При этом охлаждаемую среду можно направить сверху вниз, а нагреваемую на встречу ей, или наоборот. Выбор, какую среду направить в межтрубное пространство, и какую внутрь трубок, решается сопоставлением ряда условий:

• среду с наименьшим значением a следует направлять в трубки для увеличения скорости ее движения, и, следовательно,  для увеличения ее коэффициента теплоотдачи;
• внутреннюю поверхность трубок легче чистить от загрязнений, поэтому теплоноситель, который может загрязнять теплопередающую поверхность, следует направлять в трубки;
• среду под высоким давлением целесообразно направлять в трубки, опасность разрыва которых меньше по сравнению с кожухом;
• среду с очень высокой или, наоборот с низкой температурой лучше подавать в трубки для уменьшения потерь тепла в окружающую среду.

      Работу  кожухотрубных теплообменников можно интенсифицировать, применяя трубы малого диаметра. Необходимо иметь в виду, что при уменьшении диаметра труб увеличивается гидравлическое сопротивление теплообменника.

      Наиболее  простой путь обеспечения высоких  скоростей состоит в устройстве многоходовых теплообменников. Число  ходов в трубном пространстве может доходить до 8 - 12. При этом часто  не удается сохранить принцип  противотока. Наличие смешанного тока буден несколько снижать движущую силу процесса теплопередачи, что соответственно снизит эффективность работы. С помощью перегородок

увеличивается скорость движения той среды, у которой  меньше значение коэффициента теплоотдачи. Следует иметь в виду, что в длинных, особенно в многоходовых, теплообменниках уменьшается смешение поступающей среды со всем ее количеством, находящемся в аппарате, и этим предупреждается возможное дополнительное уменьшение средней разности температур.

      В кожухотрубных теплообменниках при большой разности температур между средами возникают значительные термические напряжения, особенно в момент пуска или остановки аппарата, вызванные различным удлинением трубок и кожуха под воздействием различных температур. Во избежание возникновения таких напряжений используются следующие меры:

1. Установка в корпусе аппарата линзового компрессора.
2. Установка в теплообменнике только одной трубной решетки, в которой закреплены трубки U - образной формы.
3. Устройство теплообменников с «плавающей головкой».
4. Закрепление трубок в одной из трубных решеток с помощью сальников.
5. Сальниковое соединение трубной решетки с кожухом.

      В данном курсовом проекте будут рассмотрены  и проведены тепловые, гидравлические расчеты для системы конденсации 40% раствора метилового спирта производительностью 15000 кг/ч. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Описание  технологической схемы 

     Алкилбензосульфонаты в промышленности производят сульфированием нефтяных фракций, содержащих алкилбензолы и другие алкилароматические углеводороды, а также сульфирующиеся при окислении парафинов в присутствии борной кислоты.

     Сульфирование первичных спиртов (в рассматриваемом курсовом проекте 40% раствора метилового спирта) проводят 98% H₂SO₄ при 30-50⁰С при перемешивании. В реакто-сульфатор Р-1 с мешалкой и охлаждающим змеевиком подают 98% H₂SO₄ из емкости Е-1 через мерник М-1. Первичный спирт подают в реактор Р-1 из емкости Е-2 через мерник М-2.

     Реакцию продолжают в течении нескольких часов и считают законченной, если проба сульфомассы полностью растворяется в воде.

     После первого реактора продукты направляются на нейтрализацию в ректор Р-2, в котором осуществляется нейтрализация. Нейтрализация осуществляется 10-40 % NaOH, который нагревается в теплообменнике Т-1 до 40-60⁰С и через мерник М-3 подается в реактор Р-2. Помимо NaOH на нейтрализацию подается NaOCl.

     Газообразные  продукты реакции направляются в  абсорбер. [4]

     Технологическая схема процесса представлена в приложении 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Технологический  расчет теплообменного аппарата 

     Горячий раствор (40% раствора метилового спирта) охлаждается от t_1н=70⁰С до t_1к=25⁰С. Начальная температура хладагента (воды) t_2н=20⁰С, конечная температура хладагента – t_2к=35⁰С. Производительность составляет 15×10³ кг/час (4,1667 кг/с). Оба раствора – коррозионно-активные жидкости.