Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет» 
 

Кафедра «Технология нефтяного аппаратостроения» 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

     «Процессы и аппараты химических производств»

     на тему «Расчет аппарата воздушного охлаждения» 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил:                                                                            ст. гр. МК-0

                                                                                                     

     Проверил:                                                                            Н.В. Жаринова 
 
 
 
 

     Уфа 2010

    СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 4

    1.1  Назначение технологического процесса, роль данного аппарата в этом процессе 4

    1.2  Техническая характеристика аппарата 7

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 11

2  РАСЧЕТ И ПОДБОР ТЕПЛООБМЕННИКА 12

2.1  Определение теплофизических свойств продукта 12

2.2  Тепловая нагрузка и предварительный подбор АВО 13

2.3   Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха 15

2.4  Определение коэффициента теплоотдачи при конденсации продукта и определение площади поверхности теплообмена в зоне конденсации 17

2.5   Определение коэффициента теплоотдачи на участке охлаждения конденсата и поверхности теплообмена этого участка 19

3  АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 22

3.1  Расчет аэродинамического сопротивления пучка труб 22

3.2   Расчет мощности электродвигателя к вентилятору 24

4 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ 25

4.1  Определение размеров крышки и трубной решетки секции 25

4.2  Определение расчетного болтового усилия и проверка на прочность болтов 29

4.3  Расчет трубной решетки 32

4.4  Расчет крышки 37

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 41 
 
 
 
 
 

 

      ВВЕДЕНИЕ

 

      Широкое распространение в промышленности получили аппараты воздушного охлаждения (АВО), в которых в качестве охлаждающего агента используется поток атмосферного воздуха, нагнетаемый специально установленными вентиляторами.

      Использование аппаратов этого типа позволяет осуществить значительную экономию охлаждающей воды, уменьшить количество сточных вод, исключает необходимость очистки наружной поверхности теплообменных труб. Такие аппараты используются в качестве конденсаторов и холодильников.

      Сравнительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны потока воздуха, характерный для этих аппаратов, компенсируется значительным оребрением наружной поверхности труб, а также сравнительно высокими скоростями движения потока воздуха.

      Аппараты воздушного охлаждения различного типа изготовляются по соответствующим стандартам, в которых предусмотрены большие диапазоны по величине поверхности, степени оребрения и виду конструкционного материала, используемого для их изготовления (сталь различных марок, латунь, алюминиевые сплавы, биметалл).

      Аппараты воздушного охлаждения (АВО) подразделяются на следующие типы: горизонтальные АВГ, зигзагообразные АВЗ, малопоточные АВМ, для вязких продуктов АВГ-В, для высоковязких продуктов АВГ-ВВ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 

Назначение технологического процесса, роль данного аппарата в этом процессе 

     Депарафинизация -- процесс, направленный на удаление нормальных парафиновых углеводородов из керосино-газойлевых и масляных фракций нефти. При ней происходит извлечение из нефтепродуктов (дизельных топлив, смазочных масел и др.) высокоплавких высших (начиная с С10) алифатических углеводородов. Так как нормальные углеводороды обладают высокой температурой застывания, их удаление из фракции снижает температуру застывания. Например, если исходная фракция имеет температуру застывания +10 градусов Цельсия, то после депарафинизации температура застывания может составить −50 градусов Цельсия.

     Назначение процесса депарафинизации - удаление из масел высокозастывающих твердых углеводородов - парафинов, с целью получения масел с достаточно низкими температурами застывания. Депарафинированные масла должны обладать свойствами подвижности (текучести) при температуре их применения. Свойство подвижности необходимо для применения масел при низких температурах в зимних условиях, для облегчения процесса запуска двигателей, для возможности обеспечения нормальной циркуляции в аппарате с целью отвода тепла, выделяемого его рабочими узлами. На установке депарафинизации получают средневязкое, вязкое, высоковязкое, смесевое, остаточное депарафинированное масло и, соответственно, выделяются нежелательные компоненты масел в виде гача-петролатума. Депарафинированные масла являются промежуточными продуктами в процессе производства компонентов товарных масел. В процессе депарафинизации остаточного и смесевого сырья получается петролатум.

      1 - нагреватель сырья; 2 - регенеративный теплообменник; 3 - холодильник; 4 - промежуточный сборник; 5 - барабанный фильтр с поддоном; 6, 7 - аппараты для отгонки растворителя соответственно из фильтрата и парафиновой лепешки

Рисунок 1 - Принципиальная схема депарафинизации нефтепродуктов с применением растворителей

     Принципиальная технологическая схема включает (см. рис. 1.1): разбавление нефтепродукта; охлаждение смеси (посредством сжиженных аммиака, пропана или этана); фильтрование образовавшейся суспензии на барабанных фильтрах с получением фильтрата - раствора депарафинизированного продукта и парафиновой лепешки, содержащей растворитель. Последний удаляют отгонкой и направляют для повторного использования. Объемное соотношение растворитель-сырье может составлять от 2 до 5 в зависимости от характера и вязкости нефтепродукта.

     Депарафинизацию вязких продуктов осуществляют с помощью легкокипящих растворителей, плохо растворяющих парафины и хорошо растворяющих остальные компоненты исходных нефтепродуктов. Растворителями обычно служат смеси метилэтилкетона или ацетона с толуолом (иногда с бензолом), дихлорэтана с хлористым метиленом, высшие кетоны, жидкий пропан. При депарафинизации маловязких топлив и масел их смешивают с водным или спиртовым раствором карбамида, который образует с нормальными парафинами комплексы - клатраты (карбамидная депарафинизация). К смеси для снижения вязкости среды и улучшения массообмена добавляют растворитель (изооктан, бензин, хлористый метилен), а для ускорения комплексообразования - активаторы (низший алифатический спирт, кетон и т. п.). Клатрат отделяют отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием и др. Микробиологическая депарафинизация нефтяных топлив заключается в избирательном окислении некоторыми микроорганизмами парафинов нормального строения. Процесс осуществляется в водной среде при перемешивании воздухом. Депарафинизированный продукт отделяют фильтрованием или отстаиванием. Каталитическую депарафинизацию проводят для снижения температуры застывания нефтепродуктов. Процесс состоит в их обработке водородом в присутствии специального катализатора при температуре 360-420 °С, давлении 4-8 МПа и объемной скорости подачи сырья 0,5-4 ч^-1.

     Полученные в результате депарафинизации парафины и церезины после очистки служат ценным сырьем в нефтехимической и др. отраслях промышленности.

     Депарафинизация применяется в основном для производства минеральных масел, гораздо реже для производства зимнего и арктического дизельного топлива. Принципиально используют две технологии депарафинизации:

- сольвентную. Определенный растворитель смешивают с исходной фракцией. Далее смесь охлаждают до требуемой температуры застывания, выпадающие в осадок нормальные парафины отфильтровывают, растворитель отгоняют от целевого продукта;

- каталитическая. На избирательных катализаторах при высоком давлении, температуре и избытке водорода длинные молекулы нормальных парафинов расщепляются и изомеризуются.

     Установка депарафинизации состоит из отделения кристаллизации, фильтровального отделения, отделения регенерации и осушки депарафинированного масла, отделения инертного газа, холодильного отделения. 
 

      1.2 Техническая характеристика аппарата 

      На рисунке 2.1 представлен аппарат горизонтального типа, в котором оребренные пучки теплообменных труб расположены горизонтально, а на рисунке 2 -- аппараты, где пучки труб расположены в виде шатра и зигзагообразно. Размещение пучков оребренных труб в виде шатра и зигзагообразное позволяет иметь большую поверхность теплообмена при той же занятой площади.

       1- секция оребренных труб; 2-колесо вентилятора;3- электродвигатель; 4- коллектор впрыска очищенной воды; 5-жалюзи.

      Рисунок 2 - Схема горизонтального аппарата воздушного охлаждения

      Для повышения эффективности аппарата в его конструкции предусмотрен коллектор впрыски очищенной воды 4, автоматически включающийся при повышенной температуре окружающей воздушного охлаждения среды в летний период работы. При низких температурах (зимой) можно отключать электродвигатель и вентилятор; при этом конденсация и охлаждение происходят естественной конвекцией.

      Кроме этого интенсивность теплосъема можно регулировать, меняя расход прокачиваемого воздуха изменением угла наклона лопастей вентилятора. Для этого в аппаратах воздушного охлаждения предусмотрены механизм дистанционного поворота лопастей с ручным или пневматическим приводом и жалюзи, установленные над теплообменными секциями. Жалюзийные заслонки можно поворачивать вручную или автоматически с помощью пневмопривода.

     В зимнее время возможна опасность переохлаждения конденсируемого в аппарате продукта. Во избежание этого под теплообменными секциями можноустанавливать змеевиковый подогреватель воздуха, выполненный также из оребренных труб.

      Теплообменная секция аппарата воздушного охлаждения состоит из четырех, шести или восьми рядов труб 3, размещенных по вершинам равносторонних треугольников в двух трубных решетках 1. Трубы закреплены развальцовкой или развальцовкой со сваркой. Секции могут быть одно- и многоходовыми. В многоходовых секциях воздушного охлаждения, где объем охлаждаемой среды уменьшается по мере его движения по трубам, последовательно по ходам уменьшается и число труб.

      Для обеспечения жесткости трубного пучка секция укреплена металлическим каркасом 4. Однако при эксплуатации гайки на шпильках 2, соединяющих решетку с каркасом, должны быть отвинчены на расстояние, превышающее возможное температурное удлинение труб.