Расчетно-графическая работа - Расчет котла периодической варки - файл n1.doc

Расчетно-графическая работа - Расчет котла периодической варки
скачать (7323.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc7324kb.03.11.2012 09:36скачать

n1.doc


Федеральное агентство по образованию (Рособразование)


Архангельский государственный технический университет
Кафедра Робототехнических систем и МиОЛК

(наименование кафедры)

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
По дисциплине Безопасная эксплуатация оборудования
На тему Расчет котла периодической варки

Отметка о зачете:________________________________ ______________

(дата)

Архангельск

2007

СОДЕРЖАНИЕ


ЗАДАНИЕ

3

1 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ВАРКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

4

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГРАФИК ВАРКИ

6

3 РАСЧЕТ НЕОБХОДИМНОГО ОБЪЕМА КОТЛА, ПОДБОР СТАНДАРТНОГО

8

4 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСА КОТЛА НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

14

5 РАСЧЕТ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО СИТА

26

6 РАСЧЕТ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ВАРОЧНОГО РАСТВОРА

29

7 РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ, ПОДБОР СТАНДАРТНЫХ

36

8 РАСЧЕТ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСА, ПОДБОР

СТАНДАРТНОГО

37

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ




ЗАДАНИЕ



Исходные данные

Обозначение

Размерность

Значение

1 Производительность установки по целлюлозе

П




55

2 Способ варки:

СА

СИ

БСИ

-

-

БСИ

3 Выход целлюлозы

в

%

50

4 Вид сырья:

х - хвойная древесина;

л – лиственная;

е – еловая;

с – сосновая;

б - береза

-

-

х

5 Влажность щепы



%

48

6 Оборот котла

Т

ч

12

7 Степень уплотнения



%

26

8 Рабочее давление



МПа

0,67

9 Рабочая температура






155

10 Концентрация массы после варки



%

15,5


1 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ВАРКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Установка варочного котла состоит из стационарного варочного котла, теплообменника, бака-конденсатоотводчика, циркуляционного насоса, системы трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры. Установка оснащена необходимыми контрольно-измерительными приборами и системой автоматического регулирования технологического процесса. Технологическая схема установки варочного котла представлена на рисунке 1.

Установки варочного котла, выпускаемые заводами химического машиностроения, укомплектованы теплообменником, т. е. рассчитаны на непрямой нагрев содержимого котла. Однако для увеличения надежности и повышения коэффициента использования установки предусмотрена возможность работы котла и без теплообменника. В тех случаях, когда нарушается нормальная работа теплообменника (при потере герметичности заделки трубок в трубной доске и пр.), циркуляция щелока может осуществляться через обводной трубопровод, минуя теплообменник. В этом случае осуществляется прямой нагрев содержимого котла паром, подаваемым через штуцера, расположенные в нижнем корпусе котла.

Рисунок 1 - Технологическая схема установки варочного котла КВСи-320:

1 — котел варочный КВСи-320; 2 — теплообменник; 3 — бак-конденсатоотводчик; 4 — насос центробежный
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГРАФИК ВАРКИ
Варка бисульфитной целлюлозы осуществляется в установках периодического действия.

Варочный раствор состоит из бисульфита кальция, калия или магния. В состав раствора входит сернистая кислота и свободный диоксид серы.

Концентрация раствора в единицах SO2 составляет 3,5-6% (в зависимости от марки получаемой целлюлозы).

Варку бисульфитной целлюлозы осуществляют по специальному температурному графику. Для каждой марки целлюлозы имеется свой температурный график.

Технологический процесс варки складывается из нескольких операций. После загрузки котла при температуре 280 (время загрузки – 1 час) начинается подъем температуры, который длится 2 часа. После достижения температуры 1100 начинается операция стоянка (2 часа). Затем начинается новый подъем температуры до температуры варки 1550 (длительность подъема 3 часа) и содержимое котла выдерживается 2,5 часа. После завершения варки начинается подготовка к выгрузке. В этот момент в котле снижают давление и несколько температуру (до 1000). Выгрузка целлюлозной массы производится вымывкой или выдувкой. Этот процесс длится 1,5 часа.

Температурный график варки целлюлозы бисульфитным способом в котле периодической варки представлен на рисунке 2.




Рисунок 2 – температурный график варки
3 РАСЧЕТ НЕОБХОДИМНОГО ОБЪЕМА КОТЛА, ПОДБОР СТАНДАРТНОГО
Варочные котлы выпускаются в соответствии с ОСТ 26-08-328-79.

Варочный котел (рисунок 3) состоит из следующих основных узлов: корпуса, крышки, выдувного или вымывного колена, сдувочного сита, циркуляционного сита, сита нижней горловины, вымывных сопл (при опорожнении котла вымывкой), парового уплотнителя и коллектора для промывки котла.

Рисунок 3 - Котел варочный:

1 — крышка; 2 — сдувочное сито; 3 — кол­лектор для промывки котла; 4 — корпус котла; 5 — циркуляционное сито; 6 — опорные колонны; 7 — сито нижней горловины; 8 — вымывное колено; 9 — разбрыз­гиватель; 10 — паровой уплотнитель

Сварная конструкция с применением биметалла позволяет значительно сократить массу котла, увеличить его объем и исключить возможность за­грязнения массы за счет попа­дания кусочков бетона и об­лицовочных плит. К нижнему коническому переходу уширенной цилиндрической части корпуса котла современной конструкции приваривается опорное кольцо для циркуляционного сита, к верхнему коническому переходу приваривается кольцо с резьбовыми отверстиями для крепления сита винтами. На цилиндрической части уширения имеются штуцера для отбора циркулирующей жидкости.

Сверху к цилиндрической части котла примыкает кониче­ское отбортованное днище с отношением диаметра к радиусу отбортовки 0,5. Угол при вершине верхнего конуса равен 90°, что соответствует углу естественного откоса щепы. Коническое днище заканчивается верхней горловиной, имеющей штуцера для предохранительного клапана, для отбора сдувок и подачи пара на продувку сдувочного сита. В верхней части конического днища расположены штуцера для подачи пара в паровой уплотнитель, подвода жидкости в промывной коллектор и два штуцера для подачи в процессе варки циркулирующей жидкости вверх котла.

Снизу к цилиндрической части корпуса примыкает нижнее отбортованное днище с отношением диаметра к радиусу отбортовки 0,5, но с углом при вершине 60°, что обеспечивает оптимальные условия опорожнения котла.

На отбортовке нижнего днища с наружной стороны приварены опоры для установки котла на колонны.

Крышки варочных котлов предназначены для герметизации их верхней горловины. По принципу действия они делятся на ручные и механизированные.

Сдувочное сито предназначено для предотвращения попадания волокна во время сдувок в трубопровод. Оно представляет собой цилиндр с жестким каркасом, к которому приварены пер­форированные листы. Диаметр отверстий листов 5 мм, коэффи­циент перфорации 0,15. Снизу сито имеет фланец, которым оно опирается на кольцо, приваренное к верхней горловине котла. Для облегчения монтажа и демонтажа сито имеет две скобы, расположенные на его внутренней поверхности.

Сито циркуляционное служит для отделения циркулирую­щей жидкости от щепы или волокна во время работы циркуляционно-подогревательчого устройства. Циркуляционное сито представляет собой набранный из секций цилиндр. Размеры сита и его перфорация, выбираются такие, чтобы скорость про­хождения жидкости через перфорацию не превышала 0,05 м/с.

Сито нижней горловины имеет ту же конструкцию и харак­теристику, что и сдувочное сито. Предназначено для отделе­ния отбираемой жидкости от целлюлозы.

Вымывное (выдувное) колено служит для соединения котла с трубопроводом подачи целлюлозы в соответствующую ем­кость. Представляет собой литую или сварно-литую кон­струкцию, на которой кроме штуцеров входа и выхода разме­щаются штуцера для подачи оборотного щелока и острого пара в котел.

Из уплотнителей наибольшее распространение получили стационарные паровые. Уплотнители этого типа располагаются под верхней горловиной котла.

Уплотнитель состоит из кольцевой трубы с вваренными в нее под определенными углами бобышками, в которые на резьбе завернуты паровые сопла. Геометрия сопла обеспечи­вает наиболее эффективный переход потенциальной энергии пара в кинетическую.

Паровая распределительная труба состоит из двух половин, соединенных фланцами. Одна из половин снабжена штуцером для подсоединения к паропроводу.

Промывной коллектор служит для обмыва стенок котла после варки, расположен ниже парового уплотнителя, крепится к верхнему конусу котла на кронштейнах. Варочные котлы изготавливаются из сталей стойких к кор­розии в среде варочного раствора. Применение для изготовления корпусов варочных котлов би­металла позволяет сократить расход дефицитных металлов. За­щитный плакирующий слой имеет толщину всего 3—6 мм.
3.1 Определение конструктивных размеров котла
С помощью метода интерполяции рассчитываем плотности щепы хвойных пород древесины (сосна, ель) при заданной влажности щепы .

Для ели , для сосны . Значения плотности древесины , , , -справочные данные из таблицы 7 [].
;

.

Плотность щепы из хвойной древесины (сосна, ель) рассчитываем как среднее арифметическое и

.

Плотность абсолютно сухой древесины при влажности находим по формуле 2.1
(3.1)

.

Для определения объема котла сначала находим выход воздушно-сухой целлюлозы с 1 м3 котла на варку:
(3.2)

где - плотность загрузки щепы на 1 м3 котла после уплотнения,
(3.3)

- уплотнение после загрузки,
,

- плотность щепы на 1 м3 котла при естественном наполнении, [3].

88 – коэффициент перевода абсолютно сухой массы целлюлозы в воздушно-сухую.

,



.

Необходимый объем котла

(3.4)

.

Принимаем стандартный варочный котел объемом 320 м3 по таблице 1 приложения 1 [1] и соответствующие ему значения, представленные в таблице 1.
Таблица 1 – Параметры котла периодической варки

Конструктивные узлы

Значение

Верхняя горловина и верхнее коническое днище:





1,0



0,6



4,24



1,63



2,3



20,88

Продолжение таблицы 1

Верхний сферический пояс:






3,0



2,12



39,8

Цилиндрическая часть:






6,0



6,75



127,0

Нижний сферический пояс:






3,0



1,50



28,3

Нижняя горловина и нижнее коническое днище:





5,2



3,9



4,5



0,5



0,8



43,66

Полная высота котла

17,0

Внутренняя поверхность котла

259,64

Масса, т

127,0

4 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСА КОТЛА НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ

4.1 Цилиндрическая обечайка
Конструктивные размеры и параметры: , ;

Расчетные параметры: .

При определении толщины стенки котла расчет стенки верхнего конического днища производят при рабочем давлении в аппарате. Расчет нижнего конического днища и цилиндрической части котла ведут с учетом гидростатического давления столба смеси целлюлозы и щелока.

При этом расчетное давление определяется из выражения
(4.1)

где - плотность смеси волокна со щелоком, кг/м3,

- расчетное давление в аппарате.

(4.2)

значения плотности выбираются из таблиц 2,3 приложение 1 [1], , , ;

- высота слоя волокна и жидкости, м,
. (4.3)







Принимаем для корпуса варочного котла в качестве материала двухслойную сталь марки 20К-5 + 08Х17Н15М3Т.

Расчет на механическую прочность ведем по основному слою 20К-5. Допускаемое напряжение для углеродистых сталей при заданной расчетной температуре выбираем из таблицы 4 приложения 1 [1], .

Допускаемое напряжение определяем по формуле
, (4.4)

где - допускаемое напряжение на растяжение;

- поправочный коэффициент, зависящий от условий работы аппарата [4], .


Расчет проводим в зависимости от
(4.5)

где - коэффициент, учитывающий ослабление обечайки в продольном направлении за счет сварного шва, наличие неукрепленных (или частично укрепленных) отверстий в обечайке (таблица 14.7 [4]), таблица 15 приложение 1 [1].

Принимаем стыковой шов с двусторонним стыковым проваром, выполняемый автоматической сваркой с контролем качества 100%, .


Так как отношение больше 25, то применима формула работы
(4.6)



Действительная толщина стенки цилиндрической обечайки

(4.7)

где - суммарная прибавка на коррозию, эрозию, по технологическим, монтажным и другим соображениям, прибавка на округление размера.
(4.8)

Принимаем остальные прибавки , , .
,

,

.

По ГОСТ 10885-88 принимаем двухслойную сталь с суммарной толщиной . Принимаем толщину плакирующего слоя 3,0 мм.
4.2 Конические днища
Применение конических днищ в варочных котлах периодического действия и выбор угла при вершине конуса определены технологическими соображениями загрузки котла сырьем и выгрузкой готовой целлюлозной суспензии. В котлах применяются отбортованные конические днища с радиусом отбортовки, равным радиусу цилиндрической обечайки, то есть (рисунок 4), где - радиус отбортовки.



Рисунок 4 – Отбортованные конические днища:

а – с углом раскрытия конуса 600; б – с углом 900
Определение номинальной расчетной толщины стенки конических днищ , исходя из прочности, рекомендуется производить в зависимости от угла при вершине конуса, от величины заранее известных определяющих параметров и , с учетом коэффициента ослабления стенки днища в меридиональном направлении по напряжению на изгиб и напряжению на растяжение в направлении окружности.
4.2.1 Верхнее коническое днище
Расчетные параметры: .

Так как отношение больше 50 воспользуемся формулой 4.9 для определения номинальной толщины стенки конического днища на растяжение в направлении окружности.

, (4.9)

где - расчетный диаметр, который для днищ с тороидальным (сферическим) переходом,
, (4.10)

где - радиус отбортовки, равный , а , найденной по формуле 4.10.

, (4.11)

где - допускаемое напряжение на изгиб.

(4.12)

- коэффициент формы днища.

Так как в варочных котлах применяются отбортованные днища с отношением , то значение .




,



Принимаем и, так же как и для расчета толщины стенки цилиндрической обечайки находим прибавки.



,



По ГОСТ 10885-88 принимаем двухслойную сталь с суммарной толщиной . Принимаем толщину плакирующего слоя 3,0 мм.
4.2.2 Нижнее коническое днище
По аналогии производим расчет толщины стенки нижнего конического днища.

Расчетные параметры: .




,



Так же как и для расчета толщины стенки цилиндрической обечайки находим прибавки.



,



По ГОСТ 10885-88 принимаем двухслойную сталь с суммарной толщиной . Принимаем толщину плакирующего слоя 3,0 мм.
4.3 Плоская фланцевая крышка
Крышки варочных котлов предназначены для герметизации их верхней горловины. По принципу действия они делятся на ручные и механизированные. Крышка ручная представляет собой стальной диск, защищенный снизу коррозионно-стойким материалом с отверстиями для болтов крепления к фланцу гор­ловины котла. Для облегчения подъема крышки и отвода ее в сторону служит поворотный кронштейн, укрепленный на гор­ловине. В качестве уплотнительного материала крышки относительно фланца горловины обычно используется увлажненный лист целлюлозы. Котлы с ручной крышкой требуют значительных затрат времени и труда для открывания и закрывания. Это приводит к увеличению оборота котла и, следовательно, к уменьшению его производительности.

Механизированные крышки лишены этого недостатка. Их конструктивное исполнение может быть различным. Отечествен­ное машиностроение производит механизированные крышки по типу обратного клапана. Конструкция такой крышки представ­лена на рисунке 5.

Основные элементы крышки — корпус с карманом, диск, система рычагов и приводной механизм. Корпус имеет два фланца. Нижний служит для присоединения к горловине котла, верхний — для присоединения кольца с нижним уплотнительным выступом. К корпусу крепится цилиндр механизма подъема. На верхнем конце штока механизма подъема установлен рычаг механизма поворота и штурвал для ручного поворота диска. Нижним концом шток устанавливается в подшипник скольжения. К штоку крепится рычаг поворота диска и рычаг подъема и опускания диска. Диск крышки — основной запорный орган. Сверху диск имеет кольцевую проточку под уплотнительную прокладку, а снизу — цилиндрический штырь для соединения с механизмом поворота.

Работа крышки состоит в следующем. При закрывании крышки воздух подается в цилиндр механизма поворота, который соединен со штоком механизма подъема. Шток с рычагом подъема поворачивается, диск выходит из кармана и подво­дится к отверстию горловины. Затем воздух подается в цилиндр механизма подъема и опускания. Шток вместе с поршнем перемещаясь вверх, воздействует на правый конец рычага подъема и опускания, который, перемещаясь вверх, опускает противо­положный конец этого рычага, прижимая его к выступу, находящемуся на внутренней поверхности корпуса крышки, и диск с уплотнением прижимается к уплотнительному выступу. При повышении давления в котле на диск дополнительно действует сила прямо пропорциональная давлению. Это усилие прижимает крышку к уплотнительному кольцу, обеспечивая высокую степень герметичности.

Открывание крышки происходит в порядке обратном описанному выше. Крышка не может быть открыта до тех пор, пока рычаг подъема и опускания не снимется с выступа, а это происходит тогда, когда диск под собственным весом не опустится на рычаг подъема, что возможно при снижении давления в котле до 0,005 МПа. Никаких дополнительных блокировок по давлению в котле такая крышка не требует.

Механизированные крышки по типу обратного клапана выпускаются двух типоразмеров: с проходным сечением 600 и 800 мм. Первые предназначены для котлов с диаметром верхней горловины 800 мм, а вторые—1000 мм.

Рисунок 5 – Механизированная крышка:

1 – цилиндр механизма подъема; 2 – шток; 3 – рычаг поворота диска; 4 – цилиндр механизма поворота; 5 – корпус с карманом; 6 – рычаг подъема диска; 7 – кольцо с уплотнительным выступом; 8 - диск
В нашем случае выбираем плоскую фланцевую крышку III типа с уплотнением шип-паз (рисунок 6).

Выбираем материал крышки по давлению, температуре и среде. Принимаем материал для литой фланцевой крышки сталь марки 12Х18Н10Т.

Выбираем конструктивные размеры фланца горловины и расчетные параметры.



Рисунок 6 – плоская фланцевая крышка
Расчетные параметры: , , .

Принимаем по давлению плоскую неметаллическую прокладку из материала фторопласт.

Расчетные параметры прокладки: коэффициент, зависящий от конструкции и материала прокладки; удельная нагрузка на площадь уплотнения, зависящая от материала прокладки .

Назначаем ширину уплотнительной прокладки в зависимости от диаметра аппарата () .

Для плоских прокладок эффективная ширина прокладки :
(4.13)



Определяем реакцию прокладки и равнодействующую внутреннего давления на крышку , МН:
(4.14)

(4.15)

,



Находим величину безразмерного коэффициента :
, (4.16)

где .



Находим номинальную расчетную толщину крышки посередине:
, (4.17)

где - коэффициент ослабления крышки отверстиями, =1 (крышка без отверстий);

- допускаемое напряжение на изгиб для материала крышки при заданной температуре, , ;

- коэффициент прочности сварного шва, .



Находим толщину крышки посередине с учетом прибавок:
(4.17)

Принимаем прибавки , , , .

,



Значение подбираем ближайшим большим кратным 5, .

Рассчитываем толщину плоской крышки с дополнительным краевым моментом в месте уплотнения:
, (4.18)

где ;

- болтовая нагрузка, принимается большей из двух величин и , определяемых из условий монтажа или рабочих условий:
, (4.19)

где - константа жесткости соединения при плоской неметаллической прокладке, =1,45.

, (4.20)

, (4.21)

где - средний диаметр прокладки, .

,

,

,

,



Принимаем толщину плоской крышки с дополнительным краевым моментом в месте уплотнения =75мм.

По значениям условного давления Py=1МПа и расчетного диаметра принимаем болты М20 с диаметром , расчетной площадью их поперечного сечения , диаметром отверстий под болт из стали марки 12Х18Н10Т (,).

Расчетное число болтов определяем по трем формулам, исходя из

- затяжки соединения:
; (4.21)

- рабочих условий:
; (4.22)

- рекомендуемого расстояния между центрами болтов:
, (4.23)

,

,



Принимаем число болтов, равное 44.
5 РАСЧЕТ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО СИТА
Варочные котлы периодической варки имеют систему принудительной циркуляции реагента. Циркуляция варочного реагента осуществляется специальным насосом, при этом раствор из котла отбирается через циркуляционное сито, а затем после подогрева в теплообменнике одна его часть поступает в котел через штуцер верхнего конического днища, а другая через нижнюю горловину.

Принимаем систему циркуляции с ситом, расположенным в нижней части котла (рисунок 7).
Рисунок 7 – Система циркуляции с ситом в нижней части котла
Площадь живого сечения сита циркуляционно-подогревательной системы определяем по формуле:
, (5.1)

где - объемная производительность циркуляционного насоса, м3/ч:
;

w – скорость прохождения варочного раствора через отверстия сита, w=0,04м/с.

Принимаем сито с кратностью циркуляции n=7.

,



Общая площадь сита определяется из соотношения:
, (5.2)

где - коэффициент перфорации, .



Принимаем диаметр отверстий d=6 мм, шаг отверстий t в сите берется равным 2d (t=12мм). расположение отверстий в сите показано на рисунке 8.


Рисунок 8 – Расположение отверстий в циркуляционном сите
Внутренний диаметр сита принимается равным диаметру цилиндрической части котла . В этом случае в месте установки сита цилиндрическая обечайка котла имеет уширение в 0,2…0,3 м, .

Высота перфорированной части сита:
.



Остальные размеры сита определяются по конструктивным соображениям. Размеры отдельных секций выбираются из условий удобства транспортировки через горловину котла во время ремонта, исходя из размеров диаметра горловины или диаметра отверстия в корпусе крышки.
6 РАСЧЕТ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ВАРОЧНОГО РАСТВОРА

Теплообменник устанавливается на линии внешней циркуляции щелока и предназначен для непрямого нагрева содержимого варочного аппарата. Наибольшее распространение получили кожухотрубчатые теплообменники. В настоящее время все отечественные установки котлов для варки сульфитной и часть котлов для варки сульфатной целлюлозы оснащены двухходо­выми кожухотрубчатыми теплообменниками.

Теплообменник (рисунок 9) состоит из корпуса, внутри которого расположен трубный пучок. Концы трубок заделаны (развальцованы и приварены) в трубные доски. Нижняя трубная доска соединена с корпусом теплообменника, верхняя вместе с крышкой образует замкнутую камеру — плавающую головку, которая при температурных расширениях элементов теплообменника может свободно перемещаться в корпусе.

К нижней трубной доске присоединена распределительная камера, имеющая внутреннюю вертикальную перегородку. С одной стороны перегородки расположен штуцер входа нагреваемой жидкости, с другой стороны — штуцер выхода. В днище распределительной камеры расположены штуцера для промывки теплообменника, которые одновременно служат для опорожнения теплообменника от остатков жидкости, находящейся в трубном пространстве.

Сверху на корпусе расположен штуцер для подвода пара в межтрубное пространство. Напротив штуцера внутри корпуса установлен отбойник, предотвращающий динамический удар струи пара о трубки при входе пара в теплообменник. Для увеличения пути прохождения пара и конденсата, т. е. для более полного использования тепла, отдаваемого паром в корпусе теплообменника, снаружи трубного пучка установлены перего­родки. Конденсат пара отводится через штуцер в нижней части корпуса. Для удаления воздуха из межтрубного пространства при опрессовке теплообменника служит штуцер на крышке корпуса.
Рисунок 9 – Подогреватель варочного раствора:

1 – корпус; 2 – верхняя трубная доска; 3 – нижняя трубная доска; 4 – трубка; 6 – вертикальная перегородка; 7 – перегородка; 8 – вход пара; 9 – выход конденсата; 10 – вход жидкости; 11 – выход жидкости; 12 – распределительная камера; 13 – крышка теплообменника; 14 – крышка теплообменника; 15 – выход воздуха из межтрубного пространства; 16 – вход промывной жидкости; 17 – отбойник; 18 – выход воздуха из трубного пространства

Теплообменник работает следующим образом. Нагреваемая жидкость подается через входной штуцер и по одной половине межтрубного пространства поднимается вверх. Дойдя до крышки, жидкость по второй половине опускается вниз и уходит из теплообменника. Пар через паровую камеру проходит по трубкам меньшего диаметра вверх. Стекая по кольцевому зазору между трубок, пар конденсируется, отдает тепло нагреваемой жидкости. Так как трубки закреплены в трубной доске только одним концом, каждая трубка расширяется независимо от других трубок и корпуса и ни трубная доска, ни сами трубки не испытывают напряжения от тепловых нагрузок.

В варочном котле при повышении температуры происходит нагрев не только щепы, варочного раствора, но и самого корпуса котла, его изоляции. Поэтому в расчете подогревателя варочного раствора следует учитывать расход теплоты на нагрев обрабатываемого материала (щепы) и варочного раствора, металлической конструкции аппарата и его изоляции. Тепловой расчет подогревателя выполняется на основании теплового баланса, в котором производится теоретическое вычисление тепловых затрат.

В условиях периодической работы теплота, прошедшая через поверхность теплообменника в течение времени , составит:
; (6.1)

где G – общая нагреваемая масса, кг:
, (6.2)

где G1 – масса материала, загруженного в котел (масса щепы и волокна), кг;

G2 – масса варочного раствора, кг;

G3 – масса котла, кг;

G4 – масса изоляции, кг;

с – средняя удельная теплоемкость котла, кДж/(кг К):
,

где с1, с2, с3, с4 – удельные теплоемкости соответственно щепы и волокна, варочного раствора, материала корпуса котла, изоляции, кДж/(кг К).

, , , , ,

.
(6.3)

(6.4)

(6.5)

(6.6)

,

,

,

,

,



Для вычисления площади теплообменника необходимо определить коэффициент теплопередачи:
, (6.7)

где , - расчетные коэффициенты теплоотдачи соответственно от греющей среды к стенкам теплообменника и от стенок труб к варочному раствору, Вт/м2К;

- толщина стенки трубки;

- толщина загрязнения, =0,001мм;

- теплопроводность стенки, =17,5Вт/м К;

- теплопроводность загрязнения, =2,0Вт/м К.

Назначаем параметры пара: , , , , .

Коэффициент теплоотдачи пара:




Находим расчетное значение коэффициента теплоотдачи пара:
, (6.8)

где - коэффициент, учитывающий наличие воздуха в паре, =0,8;

- коэффициент, учитывающий наличие загрязнений на трубах снаружи, =0,9.



Подбираем теплофизические параметры варочного раствора , , , динамическая вязкость .

Подбор осуществляется при средней температуре варочного раствора:
(6.9)



Коэффициент теплоотдачи варочного раствора:
(6.10)

Для выбора формулы расчета критерия Нуссельта определим критерий Рейнольдса:

(6.11)



Режим движения варочного раствора в трубах турбулентный.

(6.12)

(6.13)

, (6.14)

где - коэффициент, зависящий от наличия воздуха в варочном растворе, =0,75;

- коэффициент, зависящий от наличия загрязнений в варочном растворе, =0,85.

,

,

,

,

,

Проверяем принятую разность температур.
(6.14)

(6.15)

,



Принятая вначале расчетов разность температур проходит проверку.

Находим площадь поверхности теплообменника:
(6.16)

(6.17)

,



Расход пара на подогрев щелока находим по формуле 6.1:

.

По расчетному значению F подбираем стандартный кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой.

Теплообменник типа П с кожухом диаметром 600 мм, на условное давление в трубах и кожухе 16кгс/см2, исполнение по материалу Б2 (трубы – сталь марки 12Х18Н10Т, трубная решетка – сталь марки 12Х18Н10Т), трубы длиной 6 м, расположенные по вершинам квадрата, двухходового по трубному пространству, для нагрева и охлаждения взрывоопасных сред или сред 1 и 2-го классов вредных веществ по ГОСТ 12.1.007-76.

Теплообменник 600ТП-16-Б2-0/25-6-К-1 гр.Б
7 РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ ЦИНРКУЛЯЦИОННЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ, ПОДБОР СТАНДАРТНЫХ
Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле:
, (7.1)

- скорость движения жидкости в трубопроводе.

Подбор трубопровода ведется по сортаменту по расчетному . По нему находим Dy=6,25м и Py=1,6МПа.



Принимаю трубы из высоколегированной стали 12Х18Н10Т тонкостенные сварные 350*6,0 (,,, масса 1 метра ).




8 РАСЧЕТ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСА, ПОДБОР СТАНДАРТНОГО
В циркуляционной системе варочных котлов используется насос центробежного типа.

Такие насосы подбираются по каталогам по производительности (подаче, м3/ч) и по требуемому напору.

Напор насоса рассчитывается по формуле:
, (8.1)

где - давление в варочном котле, =0,67МПа;

- давление в теплообменнике, =0,89МПа;

- высота подъема жидкости от оси насоса до верхней точки подъема (выбирается по компоновочной схеме);

- потери напора при движении жидкости в трубопроводе на трение и местные сопротивления.
, (8.2)

где - коэффициент трения жидкости о стенки трубопровода.

(8.3)



Режим движения жидкости в трубопроводе – турбулентный. Принимаем гидромодуль , рассчитываем .
(8.4)

Определяем количество:

- поворотов, ;

- входов, ;

- выходов, ;

- вентилей, .

Определяем значения сопротивлений на:

- повороте, =1;

- входе, =0,2;

- выходе =1;

- вентиле, =0,32.

,

.

Длина трубопровода .



Рассчитываем необходимую мощность насоса:
, (8.5)

где - коэффициент полезного действия насоса, =0,8.



Принимаем насос Д1700-90, подача 445л/с, =1600, D=540мм, H=90м


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Миронова В.В. Варочные котлы периодического и непрерывного действия: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по технологии и оборудованию производства целлюлозы. – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005. – 61с.

2 Миронова В.В., Ноговицын А.А. Циркуляционно-подогревательные системы варочных установок: методические указания к курсовому, дипломному проектированию и самостоятельной работе по курсу «Оборудование целлюлозных производств». - Архангельск: РОИ АЛТИ, 1990.-32с.

3 Пен Р.З. Технология целлюлозы. В 2-х томах. Т. 1. подготовка древесины. Производство сульфатной целлюлозы: Учебное пособие для студентов специальности 260300 всех форм обучения.-2-е изд., дополненное – Красноярск: СибГТУ, 2002.-340с.

4 Ноговицын А.А., Миронова В.В. Примеры расчетов подогревателей варочных установок периодического и непрерывного действия: Методические указания к курсовому, дипломному проектированию и самостоятельной работе по курсу «Оборудование целлюлозных производств». – Архангельск: РИО АЛТИ, 1990.-24с.

5 Оборудование целлюлозно-бумажного производства. В 2-х томах. Т.1.Оборудование для производства волокнистых полуфабрикатов/В.А. Чичаев, А.А. Васильев, И.А. Васильев и др.-М.:Лесная пром-сть, 1981.-368с.




Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации