Кожухотрубчатые теплообменные аппараты: теплообменник с плавающей головкой (типа П), устройство, характеристика, основные параметры и размеры

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Теплообменные аппараты с плавающей головкой (тип П). В теплообменниках с плавающей головкой теплообменные трубы закреплены в двух трубных решетках, одна из которых неподвижно связана с корпусом, а другая имеет возможность свободного осевого перемещения; последнее исключает возможность температурных деформаций кожуха и труб.

Горизонтальный двухходовой конденсатор типа П (рис. 3) состоит из кожуха 10 и трубного пучка. Левая трубная решетка 1 соединена фланцевым соединением с кожухом и распределительной камерой 2, снабженной перегородкой 4. Камера закрыта плоской крышкой 3. Правая, подвижная, трубная решетка установлена внутри кожуха свободно и образует вместе с присоединенной к ней крышкой 8 «плавающую головку». Со стороны плавающей головки аппарат закрыт крышкой 7. При нагревании и удлинении трубок плавающая головка перемещается внутри кожуха.

Рис. 3. Горизонтальный двухходовой конденсатор с плавающей головкой

Для обеспечения свободного перемещения трубного пучка внутри кожуха в аппаратах диаметром 800 мм и более трубный пучок снабжают опорной платформой 6. Верхний штуцер 9 предназначен для ввода пара и поэтому имеет большое проходное сечение; нижний штуцер 5 предназначен для вывода конденсата и имеет меньшие размеры.

Значительные коэффициенты теплоотдачи при конденсации практически не зависят от режима движения среды. Поперечные перегородки в межтрубном пространстве этого аппарата служат лишь для поддержания труб и придания трубному пучку жесткости .

Аппараты g плавающей головкой обычно выполняют одно-ходовыми по межтрубному пространству, однако установкой продольных перегородок в межтрубном пространстве можно получить многоходовые конструкции. На рис. 1.14 показаны двухходовые по межтрубному пространству теплообменники.

Хотя в аппаратах типа П обеспечивается хорошая компенсация температурных деформаций, эта компенсация не является полной, поскольку различие температурных расширений самих трубок приводит к короблению трубной решетки. В связи с этим в многоходовых теплообменниках типа П диаметром более 1000 мм при значительной (выше 100 °С) разности температур входа и выхода среды в трубном пучке, как правило, устанавливают разрезную по диаметру плавающую головку.

Наиболее важный узел теплообменников с плавающей головкой — соединение плавающей трубной решетки с крышкой. Это соединение должно обеспечивать возможность легкого извлечения пучка из кожуха, аппарата, а также минимальный зазор А между кожухом и пучком труб. Вариант, показанный на рис. 1.15, позволяет извлекать трубный пучок, но зазор А, получается больше (по крайней мере чем в теплообменниках типа Н) на ширину фланца плавающей головки. Крепление по этой схеме наиболее простое; его часто применяют в испарителях с паровым пространством.

Размещение плавающей головки внутри крышки, диаметр которой больше диаметра кожуха, позволяет уменьшить зазор; но при этом усложняется демонтаж аппарата, так как плавающую головку нельзя извлечь из кожуха теплообменника (рис. 1.16).

Конструкции крепления плавающей головки с трубной решеткой, позволяющие легко извлекать трубный пучок из кожуха при минимальном зазоре А между трубным пучком и кожухом, показаны на рис. 1.17. В одном из таких простых соединений использованы разрезные фланцы (рис. 1.17, а). Конструкция включает разрезной фланец / (состоит из двух полуколец, стянутых ограничительным кольцом 2), уплотняющую прокладку 3, крышку 4 плавающей головки и трубную решетку 5.

Широко распространены соединения фланцевой скобой 2 (рис. 1.17,6), представляющей собой приспособление типа струбцины. Соединение состоит из двух полуколец, охватывающих край трубной решетки 4 и фланец 3 крышки. Винты / должны быть расположены посередине уплотнения, что обеспечивает разгрузку фланца от изгибающих моментов.

В другой конструкции (рис. 1.17, в) накидной фланец / удерживается разрезным кольцом 2, вставленным в паз трубной решетки 3. Широко применяют также крепление крышки 3 (рис. 1.17, г) и трубной решетки 4 разрезным кольцом 1, половинки которого соединены между собой накладками 2.

Особенно часто трубные пучки с плавающей головкой используют в испарителях с паровым пространством.

В этих аппаратах должна быть создана большая поверхность зеркала испарения, поэтому диаметр кожуха испарителя значительно превышает диаметр трубного пучка, а перегородки в пучке служат лишь для увеличения его жесткости.

В испарителе (рис. 1.18) уровень жидкости в кожухе 11 поддерживается перегородкой 2. Для обеспечения достаточного объема парового пространства и увеличения поверхности испарения расстояние от уровня жидкости до верха корпуса составляет примерно 30 % его диаметра. Трубный пучок 3 расположен в корпусе испарителя на поперечных балках 4. Для удобства монтажа трубного пучка в перегородке 2 и левом днище предусмотрен люк 10, через который в аппарат можно завести трос от лебедки.

Продукт вводится в испаритель через штуцер 5; для защиты трубного пучка от эрозии над этим штуцером установлен отбойник 6. Пары отводятся через штуцер 9, продукт — через штуцер 1. Теплоноситель подводится в трубный пучок и отводится через штуцеры 7, 8. В таких аппаратах можно устанавливать несколько трубных пучков.

Задача А4

Определить необходимый объем реактора идеального вытеснения, одно- и четырехсекционпого реактора смешения при заданной степени превращения у, концентрацию продукта (этилсерной кислоты) и расход раствора на выходе из реактора для следующих условий. Водные растворы серной кислоты и диэтилсульфата ( после смешения подаются в реактор непрерывного действия, в котором при 22,9°С протекает реакция +( = . Расходы и молярные концентрации обоих растворов одинаковы и равны Wo, и Со моль/л (до смесителя). Кинетическое уравнение реакции имеет вид - dc/d =K|*C, где С - концентрация диэтилсульфата, а К| -константа скорости реакции 1-го порядка. Исходные данные для четырех вариантов и схема к расчету представлены в табл. 3, решение задачи рекомендуется выполнять, используя литературу [2].

Дано:

У=0,86

Решение:

Время реакции 1-го порядка:

Степень превращения:

Где , - начальная и конечная концентрация вещества. -равновесная концентрация вещества .

Если реакция необратима, а вещества и взяты в стихеометрическом соотношении, или взято в избытке, то .

Из уравнения(2) находим и подставив в уравнение (1) получим:

Необходимый объем ректора при n=1

Необходимый объем ректора при n=4

, где t найдем из уравнения

=2*5*

Для реактора идеального вытеснения:

Выходная концентрация этилсерной кислоты:

Расход раствора на выходе из реактора:

Задача Б 17

Рассчитать ректификационную колонну с ситчатыми

тарелками при следующих исходных данных: нагрузка по пару G_П = 43200 кг/ч ; нагрузка по жидкости G_ж = 42400 кг/ч; плотность паров р_П = 4,8 кг /м³, плотность жидкости р_ж – 780 кг/м³; поверхностное напряжение = 28*10 ; число ступеней изменения концентрации п_ст = 14. Вязкость пара .

Вязкость жидкости .Вспениваемость жидкости средняя, давление в колонне атмосферное.

Решение. Предварительно принимаем расстояние между тарелками

Н_Т=0,6 м и коэффициент вспениваемости . Рассчитав величину комплекса

по рис. 2 найдем значение коэффициента С 0,04.

Скорость пара в рабочем сечении колонны будет

Объемный расход пара в колонне равен

Рабочая площадь тарелки составит

По данным табл. 6 выбираем тарелку типа ТС-Р для колонны диаметром D= 3000мм. Эта тарелка имеет следующие параметры: рабочая площадь тарелки , периметр слива П=1,71м: площадь слива F_сл =0,315м ; Из исходных данных рассматриваемого примера имеем отношение

Следовательно, при определении величины можно было бы не учитывать относительный унос жидкости паром. Однако для большей наглядности примера рассмотрим расчет h_сл, с учетом уноса жидкости.

Для того чтобы найти величину У , необходимо знать высоту пены на тарелке h_ПН.

Величину h_c_л рассчитаем предварительно без учета уноса жидкости, тогда

Где

Глубина барботажа при абсолютном давлении (атмосферном) р =98100 Па, составит

Найдем высоту сливного порога:

Высота пены, образующейся на тарелке, составит

величина относительного уноса жидкости

Следовательно, расстояние между тарелками выбрано правильно.

Действительную нагрузку сливного устройства по жидкости

рассчитываем по уравнению:

Действительная величина подпора жидкости над сливным порогом

мало отличается от ранее рассчитанной

Проверим работоспособность сливного устройства тарелки . Для этого рассчитываем скорость жидкости в сливном устройстве:

где F_сл = 0,315- площадь сливного устройства. В соответствии с зависимостью и данными табл. 5 комплекс

Следовательно, условие соблюдается и захлебывания сливного устройства не произойдет.

Скорость жидкости в зазоре между основанием тарелки и нижней кромкой

сливного стакана:

Из приведенных расчетов следует, что выбранная однопоточная тарелка обеспечит нормальную работу сливных устройств.

Сопротивление сухой тарелки:

где скорость пара в паровых патрубках равна

величина перепада уровня жидкости на тарелке:

Здесь длина пути жидкости на тарелке Сопротивление слоя жидкости на тарелке рассчитываем по уравнению:

Общее сопротивление тарелки равно

Для окончательного выбора колонны определим количество тарелок в

ней:

Здесь величина к. п. д. тарелки = 0,9. При значении .

Общая высота колонны

Н =(15-1)*0,6 +1 + 2,5 = 11,9м

Вывод: Результаты расчета показали, что указанным в примере исходным данным отвечает ректификационная колонна диаметром 3 м, высотой 11,9 м с ситчатыми тарелками ТС-Р.

Литература:

Машины и аппараты химических производств: Учебник М38 для вузов по специальности «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материа-лов»/И. И. Поникаров, О. А. Перелыгин, В. Н. Доронин, М. Г. Гаинуллин. — М.: Машиностроение, 1989. — 368 с: ил. ISBN 5-217-00347-2

В.Н.Доронин, Ю.А.Далутов

Химические реакторы. Курс лекций для студентов заочного механического факультета.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 1096; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!