Flashvaten

RAPPORT Nr:

Flashvaten

W-gedee1te

G-opdracht, juni 1979 12

TECHNISCHE HOGESCHOOL DELFT

AFDELING DER WERKTUIGBOUWKUNDE LABORATORIUM VOOR CHEMISCHE WERKTUIGEN

Beseleiders:

de heer W.J.B. van den Bergh de heer S.J. Jancic de heer

H.

Kuijvenhoven de heer

c.

Nieulant student

a

C.J. de Glopper G-opdracht, i-gedeelte,

1979

lab. API

O.Samenvatting.

O.l.Het eerste flashvat.

o ·

Het eerste flashvat wordt gekoeld met bronwater van 11 C. Het flashvat is volledig warmtetechnisch en op sterkte doorgerekend.

De hoofdspecifikaties zijn:

Af te voeren warmte: 236.3 kW (men,sel A). 135 kW (mengsel B) koelwaterdebiet 8.10-3m3/s aantal pijpen

42

uitvoering U-bundel lengte v.ü.bundel :: 3100 mm V.;itdiameter :. 323,9 mm vatlengte : 3510 mm 0.2.Nakondensor.

De nakondensor wordt gebruikt voor het eindtrajekt van de kondensatie van mengsel B. Deze nakondensor moet in het ongunstigste geval ca. 75kW aan warmte afvoeren. dit geschiedt met hulp van een koelmachine.

0.3.De damp/vloeistofscheider.

De daapvloeistofseheider laat de entrainment unde damp bezinken en de bellen uit de vloeistof ontwijken. De scheider is fysisch gedimen-sioneerd, vatlengte

..

.

vatdiameter: liggend model.

6

ft 2 ft

...

•

...

al

=

o

...

.0 .e,.st. tlaahvat aa.llondeuor tweed. tl.ah.,at te Q ~

:

tw.ede

•

acheid.r .IloaGene R11 RU disproportionerin '"

'"

~ 0:;

""-

_,...

_C\J 0:;

•

-=

1.Inhoudsopgave.

o.

0.1 • 0.2. 1 • 2. 3.1 • 3.2. 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3.

3.3.

3.4. 3.5. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.

6.

70

8. Samenvatting.

Het eerste flashvat. Nakondensor.

De damp/vloeistofscheider. Flowsheet

Inhoudsopgave. Inleiding.

Kondensatie in het eerste flashvat. Inleiding.

Schatting van het warmtewisselen~ oppervlak.

3

3 3 3

4

5

7

8 8 8 Berekening warmteovergangsko~ffi~iänten. 11

Warmteovergangskoäfficiënt aan de' bui tenzijde van de pijp.11

Warmteovergangsko~fficiënt aan de binnenzijde van de pijp.13

De overallwarmtedoorgangsko~fficiënt. 14

Waruteuitwisselend oppervlak. 15

Kontrole aanname schone wand temperatuur. Drukval door de pijpen.

Damp/vloeistofscheider.

15 16

17 De vatafmetingen voor een vloeistofdoorlooptijd van 5 min.17 Oppervlak dat beschikbaar is voor de vloeistofdoorlooptijd.18 Kontrole op entrainment. De druppeldiameter. De beldiameter. 19 21 23

Kontrole van Re'« 1 en van

aG

vervoiming van de bellen.24

Minimum en maximum afmetingen en toeslagen.

Wanddikte berekening mantel, w:1.terve:,'dcelkast en p~jl'en

volgens D0201.

Wanddikteberekeningen van fronten voleen~ t020

_3.

TIanddikteberekening van je pijpplaat volgens D0403.

Materiaalspecifikatie van het eerste flashvat.

26

2f1

:;1

37

10. Konklusie en diskussie.

₄₃

11 • Symbolenlijst. ₄₄

12. Literatuurlijst.

₄₇

Appendix 1. Koeling van het kondensaat 48

1.1. Geometrieparameters. 48

1.2. Berekening van de verblijf tijd van de damp. 48

1.3. Aantal pijpen voor de koeling van het kondensaat.49

2.Inleiding.

Dit verslag maakt deel uit van een serie verslagen die samengesteld zijn voor het ontwerp van een freonenscheidingstrein bij AKZO. De opdracht is in het kader van de vierdejaars G-opdracht gemaakt, en bestaat uit twee gedeelten: een technologisch en een werktuig-kundig gedeelte. Van het werktuigwerktuig-kundige gedeelte vindt u hier het ontwerp van het eerste flashvat en diens damp/vloeistofscheider.

3.0.Inleiding.

-Kondensatie vindt plaats in een temperatuurtrajekt. -Kondensatie wordt beschouwd als zijnde filmkondensatie.

-Wlrmeatlas: "Indien het koelwater weinig warmer wordt kan zuivere tegenstroom en lineaire verandering van de temperatuur van het koel-middel met de uitgewisselde warmte worden aangenomen."(zie ook fig.2 ). -De hoeveelheid R13 wordt vanwege zijn geringe aanwezigheid verwaarloosd. -Het 40/60% mengsel (mengsel B) moet op een lage temperatuur gekondenseerd

worden. Vanwege de kans op temperature-cross (zie fig. 3 ) is in tegen-stelling

tot~et

T-gedeelte besloten om dit mengsel in het temperatuur-trajekt 37-220C te kondenseren. Dit heeft uiteraard konsekwenties

voor de uitgaande produktsamenstelling. Er dient verder gekondenseerd te worden •. De gedachten gaan uit naar een kompressiekoelmachine die zowel het laatste gedeelte van de aanvankelijke kondensatie van het eerste flashvat overneemt (ca. 70 kW), als wel het tweede flatvat koelt (ca. 40 kW).

-Het 75/25% mengsel (mengsel A) geeft geen problemen ten aanzien van temperature-cross. Derhalve is deze samenstelling maatgevend geworden voor de grootte van het warmtewisselend oppervlak in het eerste flashvat. -Bij de hierna volgende berekeningen is er vanuit gegaan, dat mengsel B

het koelwater met 4°0 opwarmt tot 15°C.

-Alleen samenstelling A wordt voorgerekeli.d, Jamenstelling

B

zou met 135 kW af te voeren warmte met 16,2

m

2 warotewisselend oppervlak kunnen volstaan.

3.1.Schatting van het warmtewisselend oppervlak.

Voor het gemiddelde temperatuursverschil over de kondensor geldt de volgende betrekking:

~

Hk _um

=

4

ti .

_{m m} k • A

Voor een klein deeloppervlaks

verder uitgewerkt: .1

H

kum

..

j

~

dHgez • m • dH _gez.

De integraal in de noemer wordt benaderd met de trapeziumregel, waarin per stap de volgende hoeveelheid ~armte afgevoerd moet worden:

.

AH

l

.1 H_{t rap} = stap _---. 1

2 4~

o

De kondensor wordt gekoeld met bronwater van 11 e. Mengsel B warmt het koelwater op met 4°e tot 150e, De hoeveelheid koelwater die daarvoor gebruikt zal moeten wordenl

• QB 11

=

tot. w A.e .~TB I w pw w 135

=

8.10- 3 m3/s 1000.4,2.4

Dit betekent dat het koelwater bU mengsel A opwarmt (indien dezelfde waterstroom gebruikt wordt):

QA . 236,3

./lA tot. ~ 7°C

.ó v

=

=

3,--:--=---:-=~

w,tot= i . c oiO 8.10 04,2.1000

w PW! w

Met deze waterstroom is onder de aannamen, genomen in de inleiding, mogelijk om de temperatuursverhoging van het water per temperatuurstap te berekenen,

•

H d " = stap w jO .M • c I w w pw

Nu kan de integraal

!

A\~

dH _gez. worden uitgewerkt,nl. in de onders ta.ande tabel:

•

•

T ~H _stap

4V

_w

"

w

4V

AH trap (zie ook de tabellen 1 en 2)

oe _kW 52 65,3 47 58,2 42 38,1 37 27 ,8 32 18,6 27 Totaal 208

~kum)

oe 1,94 1,73 1,13 0,86 0,58 oe oe 17,18

A~:

34,82 15,24 31,76 13,5 1 28,49 12,38 24,62 11,55 20,45 11

à~"16

kw/Oe 1,97 1,94 1,44 1,24 1 ,04 7,63

(fAH

t rap ) Het gemiddelde temperatuursverschil volgt dan uits

.

~ AH ..6 V

=

kum. m

_rA

H trap 208

7,63

o = 27,3 e

Het logaritmisch temperatuursgemiddelde zou zijn Geweest:

LMTD

=

=

34,82 - 16

1 _n 34,82 ₁₆

o

Voor 1 shell pass en twee tube passes moet het gemiddeld temperatuurs-verschil gekorrigeerd worden. Dit geschiedtanaloog aan die van een

warmtewisselaar. We bepalen P en R en uitgrafiek4 de korrektiefaktor F.

p

=

11,2-11

52 -11

R

=

T 1 - T 2 = 52 - 29

t ₂ - t₁" 1'l.~ -11

Dan word t.A T m

= 0,151

F

"0,955

Uit

(9 )

schatten we de totale warmteovergangsko~fficiäntl

Deze geeft dan voor het warmtewisselend oppervlak als eerste schatting.

A_geschat "

=

_--~~~

~ot

dT

.k m S

=

26,1 • 568 2

15,9

m

Voor het aantal pijpen wordt 84 gekozen, dit betekent voor de lengte van de pijpen. 1= A 'Tt" d • n a =

=

TC" 0,018.

84

Met bovenstaande gegevens is een iteratie begonneno Uit deze iteratie zijn de volgende kondensorspemifikaties gekomen.

aantal pijpen. 84 lengte pijpen.

3,5

Dl

uitwendige diameter pijpen. 18 mm inwendige diameter pijpen. 14 mm

1 shell pass 2 tube passes

vormgeving pijpenbundel. U-bundel

De hiervoor vermelde gegevens worden in het hiernavolgende gedeelte gekontroleerd.

3.2.Berekening wnrmteoverdrachtskoäfficiänteno

~.2.1.Wa.rmteovergangsko~fficiënt aan de bui't.o:':lzijde van de pijp.

Voor de gemiddelde bulktemperatuur

~

aan de buitenzijde van de pijp ma geldt,

tf

ma

t

(ti.

~ + " u )

=

t (

52 + 27) =39,gC met

ti.

= ~

I

_u

=

intree temperatuur produkt oe o uittree temperatuur produkt C

De wandtemperatuur

uf

_w

wordt aan het begin van de berekening geschat op enkele graden hoger dan de koe1water-temperatuur. Zij wordt later gekontroleerd op juistheid.De keuze w~s bij de laatste iteratie:

v

_w

_-

=

19

Bij :ie kondensatie van het freo\nmengsel wordt verondersteld dat het filmmodel hierop van toepassing is, dit is in figuur

l'

getekend.

koelwa.ter

vl

mi produkt

fig.

1.'

kóndensfilm De gemiddelde temperatuurval over de film.

-12-De gemiddelde filmtemperatuur:

I

_f

=ul,,,

+

vi- )

ft

<= ( 19 + 39,5)2' = 29,3 oe

m " ma

De warmtedoorgangskoëfficiënt~ voor 1 horizontale pijp wordt

w

gegeven door :

[

Ai

.t~.

AHv.g]

t

Q' = 0,726

'1

ti d

w 1. 6 a· a _

De stofgegevens voor deze formule worden op de volgende wijze voor het

R11/R12 mengsel berekend (bij gemiddelde filmtemperatuur):

-De gemiddelde filmsamenstelling:

. w

Per sekonde slaat gemiddeld neer (geogen gemiddelde over alle temperatuur-stappen): !(',/.JÓT )

;r--l__

'F mol' stap,

rf

1

Y _mol , met mol'= kondens die per

temperatuur-~ T

tot _{stap aanwezig is, mOlls}

Dit geeft als uitkomsten: R11 : 5,410 mOlis R12 : 1,273 mOlls

6,683 mOlls

De gemiddelde samenstelling wordt dan: R11 R12 gem. molfraktie x 0,810 0,190 gem. gew.fraktie X 0,829 0,171

NB. Integratie met bijv. de trapeziumregel over alle temperatuurstappen zal geen grotere nauwkeurigheid geve~

-Gemiddelde warmtegeleidingskoëfficiënt

1'\

1

(wim

oe) (Perry):

-Gemiddelde dichtheid f l

(kg/~3):

t

XR11 + XR12

~

-

- J:1

-Gemiddelde verdampingswarmte 4H

v (kJ/kg)

-Gemiddelde dynamische viskosi tei t

'1

1

2

(Ns/m )~

1/3

1/3 3

(x

R11 71R11 +

x

R12 71R12) (perry)

Bovenstaande is verwerkt in tabel 3 ,alle stofgegevens zijn genomen bij

gemiddelde filmtemperatuur vim=

20,8

oe.

tabel

3

R11

R12

ÀI

W/mK

0,086

0,067

~=

0,081

1\

kg/m3

1468

1293

_1\

1435

4 H J/kg

₁₈₀₄₃₂

₁₃₉₀₆₂

H

=173358

.

v 2

--4 2 2 10--4

v

-4

'7

1 Ns/m

3,5.10

.

,

.

?î

=

3,2.10

.

Hiermee wordt I

f

~ 2 ~ w=

0,726

0,081~

.1435. 17

.

3358.9,8

-5

32. 10. 20,5. 0 ,018

r

=

1446

Voor n horizontale pijpen geldt voor de gemiddelde warmteovergangsk5ëfficiënt:

o.t O('w

₌

nm

1/12

n

3.2.2.

Warm~eovergangskoëfficiënt aan de binnenzijde van de pijp.

De gemiddelde

koelwatertemperatuur~.

is gelijk

m~

V

mi

=(T.

~ +

T )

u

-à- pijp-Doorstroomd oppervlak fa 2 aan:

f_-=-.7[,.~

aantal tube passes

n

4

De snelheid door de pijpen •

w

•

M w

;<J'

f •

Pijpdiameter/pijplengte verhouding s

Het Reynoldskental:

De resultaten van bovenstaande formuleszUn vermeld in tabel bij de gemiddelde koelwatertemperatuur: z n

84

2 Re Fr

14959

8,30

f 2 m Mw w kg/s m/s I m 0,014

6,5.10- 3 999

18,0_ 1t2~

3,5

h _70101,15.10

-3 "

-3

Wärmeatlas sektie Gb4 geeft met

12:

~ 1 voor het getal v

an Nusselt I 1.30

Pr

w

De warmteovergangskoëfficiënt aan de binnenzüde van de PÜP volgt dan uit:

<4< =

Àw

Nu i -di

=--=-0,29 130 • 5480

-

V

I/m

2

K

0,014 ~02.3o De overallwarmtedoorgangskoëfficiënt •

De overallwarmtedoorgangskoëfficiënt, inkluüief vuilfaktoren, wordt voor een PÜP gegeven d~or:

d ln.-.ê:...-d. + r ~ a + 1 0<. nm 20t>l

=

in-,resp. uitwendige vuilfaktoren (m ~W) (Ludwig)

=

warmte

g

eleidingsko~ficiënt

van staal (W/moe)

De formule ingevuld levert.

5480

1,76.10-4 60

r a m

2

X/W

3.3~,Warmteuitwisselend oppervlak.

Ter beschikking van de kondensatie- en voelbare warmte afvoer staat

een warmtuitwisselemd pijpoppervlak

A~ot

ter beschikking:

z.~ d .1

=

84.~.0,018.3,5

a

2

16,6

m

Volgens de VDI-Wärmeatlas is het te installeren oppervlak Atot groot.

=

(28,3

+

208).103

=

15,17

m

2

26,1 • 597

met: Qv= voelbare warmte

(W)

AT

=

gekorrigeerd temperatuursverschil (zie 3.1.)(OC)

m

Atot wordt vanwege de in- en uitstroomeffekten nog eens vergroot met

ca.

10%

tot

16,7

m

2

•

Het werkelijk geinstalleerde oppervlak voldoet hier

net niet helemaal aan, maar indien de waterstroom slechts iets verder wordt opgevoerd, is aan dit tekort tegemoet gekomen.

Om enig idee te krijgen met hoeveel pijpen het eenmaal gevormde kondensaat gekoeld dient te zijn om de gewenste ui ttree'~omr,Jratuur te kunnen bereiken wordt verwezen naar appendix 1.

~ Kontrole aanname schone wand temperatuur.

De wandtemperatuur wordt in iedere iteratiestap gekorrigeerd, netzolang

totdat er geen noemenswaardige verschillen ontstaan in de warmteoverdra chts-koëfficiënten. Voor de gemiddelde schone wand temperatuur wordt in deze laatste iteratiestap de volgende waarde gevonden:

lf

mi + 0( a (

V

ma d.

p.

mi) -d~~~~ i + 0< a a

14,1

+

1000

C

39,5 - 14,1)

*5480

+

1000

=

19,9 .'~

De formule ingevuld levert.

5480

~w

W/mK

3.3,. ,

Warmteuitwisselend oppervlak.

Ter beschikking van de kondensatie- en voelbare warmte afvoer staat een warmtuitwisselemd pijpoppervlak

A~ot

ter beschikking:

z.lC.

d .1

a

2

=

84.~.0,018.3,5

=

16,6

m

Volgens de VDI-Wärmeatlas is het te installeren oppervlak Atot groots

Q +

~H

(28,3 + 208).103 2

Ato t

=

v v

=

=

1

5 ,

1

7

m

AT

.k

26,1 •

597

m s

met: ~= voelbare warmte

(W)

AT

=

gekorrigeerd temperatuursverschil (zie 3.1.)(oC)

m

A

tot wordt vanwege de in- en uitstroomeffekten nog eens vergroot met

ca.

10~

tot

16,7

m

2

•

Het werkelijk geinstalleerde oppervlak voldoet hier

net niet helemaal aan, maar indien de waterstroom slechts iets verder wordt opgevoerd, is aan dit tekort tegemoet gekomen.

Om enig idee te krijgen met hoeveel pijpen het eenmaal gevormde kondensaat

gekoeld dient te zijn om de gewenste uittreetomr~ratuur te kunnen bereiken

wordt verwezen naar appendix 1.

3. 4.

Kontrole aanname schone wandtemperatuur.

De wandtemperatuur wordt in iedere iteratiestap gekorrigeerd, netzolang

totdat er geen noemenswaardige verschillen ontstaan in de

warmteoverdrachts-koëfficiënten. Voor de gemiddelde schone wand temperatuur worot in deze

laatste iteratiestap de volgende waarde gevonden:

(/ mi + 0.( a (

V

ma d.

ti-

mi) -d~l.-~ i + eX a a 14, 1 + 1000 ( 39, 5 - 14. 1 ) --:-~--'--'

----~5400

+ 1000

=

19,9

,

tc

.î..!..5.Drukval door de pijpen.

Uit de ~aragraaf 3.2.2. zijn de snelheid en het Re-getal bekend. Uit (10,blz A14) is dan ook de friktiefaktor f bekend.

Re v f

mis

14959 1,23 0,036

Hiermee is de drukval door de pijpen te berekenen: .

IlPp= n.{ f.L _{+ 41·}

i/

_w• 2 v

di(~7?w)

met: n L

_9/1w

_{di jJw}

.-

_Pp m m kg/m 3 N/m2 2 3,5 V)1 0,014 999 0,2.10

5

De drukval is kleiner dan 0,3 bar, deze geeft dus geen aanleiding tot wijzigingen.

4.Damp/vloeistofscheider.

4.0.Inleiding.

Na het eerste flashvat is het waarschijnlijk dat ia de damp vloei-stofdruppels en in de vloeistof dampbellen achterblijven, De druppels ("de entraiment") worden in de scheider de gelegenheid gegeven te bezinken, de bellen krijgen de tijd om uit de vloeistof te ontwijken. Naast deze funktie heeft een damp/vloeistof scheider ook nog enig akkumulerend vermogen.

Er is gekozen voor een horizontaal vat met een inwendige diameter

van 2 ft en een lengte van

6

ft, welke maten liggen binnen de

l'ekonomische" diameter/lengteverhOudin~;r (~~ DIL' 5). De keuze van

v

J.oel.s'tor-de vatafmetingen is gebaseerd op een oorlooptijd van 5 minuten.

De grootte van het vat wordt met behulp van! (3 ) gekontroleerd

op entraiment en de maximale druppelgrootte. die na het scheidingsvat in de damp te vinden is. De grootte van de achterblijvende bellen

in de vloeistof wordt met hulp van het SWO 111 diktaat berekend.

vloeistof-1

4.l.De vatafmetingen voor een/doorlooptijd van 5 minuten,

Met behulp van figuur5 zijn met een doorlooptijd van 5 minuten de vat-afmetingen te vinden; Het gebruik van de nomogram gaat als volgt:

l.Markeer de doorlooptijd (T: 5 min.) op de meest linkse schaal

(holding time).

2.Verbind de doorlooptijd met de lijn met het vloeistofoppervlak. Het vloeistofoppervlak is hier gedefinieerd als het percentage van

het totale oppervlak dat door de vleeistof wordt ingenomen. Dit dient in eerste instantie gekozen te worden en naderhand (4.2.) gekontroleerd te worden. Keuze : fa= 50%

De doorlooptijd-vloeistofoppervlaklijn snijdt indexlijn A. Dit punt(!)in gedachte houden.

3.Aan de andere zijde van het nomogram staan de flowindex-lijnen. Gebruikt wordt de meest rechtse schaal. Het volumedebiet van de . yloeistof is: 0,82 dm3/s= 0,029 ft 3/s.

4.Trek een horizvntale lijn over de flowindex-l~jnenctot aan de

60. 50. 40. 30. 20. <1'1 UJ I -:::> 2 ::E ~ 10. UJ 9 ::E 8 I -7 C) 2 6 0 .J ₅ 0 :J: 4 3

5.Verbind

(!)

en

~

met een lijn. Deze lijn snijdt indexlijn B

in~

• Houd dit punt in gedachte.

6.Markeer een"ekonomische" lengte/diameter-verhouding. Keuze: L/D=3. Trek een lijn vanaf dit punt tot aan de vatdiameter.

FLOW INDEX 1,50.0. 12 70,000 _1,000 11 50,000 10. 40,000 70.0. 9 30,000 500. 400 <I: w a:: <I: 30. ::E :::> <I: a:: 0 "-UJ 0 2 I - 40. .J 2 w X u UJ a:: 0 w 2 Cl.. 50. ~/ /<I: ~ 60. 0-CD _20,0.00 10.0 300 UJ 2 I - _80. UJ

r

UJ I - . J UJ 60. Cl:: I- _20.0. w

"-.

~. ~

:::> :::> w x 0 10.,00.02 6 "- UJ ₀ :J: 40. :J: ::E ~ l -a:: 2 <!) 30. .<: 7,0.0.0. a:: w 2 UJ _{Cl.. 10.0.} I - w ₂₀ 5 w .J ::E <I: Cf) .J _{3 a::} 2 70. <I: ...J ₀ UJ Ö :J: 10./ 0 ....J Vl ... ....J 50. w ₂ .J _<I: 4

e

~ 7 C) 40. Vl" .J '2 I - 2,0.00

/

5 0 _30. :J: ::E

-~

@

/

20. 3 0

-.J 0

-Su

/

10.

/

Il 50.0 40.0 7

t

30.0. FLCW 4 RATE 20.0 I' - 6" 2 10.0

Figure

5

Use th is nomograph to find drum size for holding time.

Het nomogram geeft de inleiding genoemde vatafmetingen: 2 ft

=

6

ft

vloeistof-4.2.0ppervlak dat beschikbaar is voor de doorlooptijd.

LI NES 50.,0.0.0. 20.0 40,00.0.

r

10.0. 20.,000 ₇₀ 50 10,000. 40 07 30. Cl 0..5 2 _0..4 0 20 ~ Cf) 0.3 a:: UJ 0.2 Cl.. 10. I -UJ UJ "-:::> 0.1 5 u I- 0.0.7 4 0 :J: w 3 UJ 0..0.5 70.0. _~ I -a:: « 0.04 - 2 Cl:: ~~; _{O~ -~} 0.0.3 4DD...J;:' 0 "-C ....J 30.0. f.. "- 0..0.2

~

:,

20.0

lO

.

"

t::

10.0. _ 0.0.07 0..3 0..00.5 70. 60. 0..0.0.4 0..2

De minimum hoogte van de vloeistofspiegel is de vatbodem. De maximum hoogte mag niet hoger zijn dan 12 inches ()nder de top van het vat. Figuur6 levert dan met de inwendige vatdiameter de fraktie van het totale oppervlak dat beschikbaar is voor de doorlooptijd.

...

'" '"

...

Cl: '"

...

12 11 10 ~ 5 ca Ö '" Q q '" z 2 :::> Ir Q 3 c. -SEGMENTAL AREA

..

...

I r ct ~ ~ 4 '" 5 <0-o 7 0.04 0.06 0.08 ;z 0.1 ~

..

Ir ~ 10 cr

...

'" / u ... ::; 0.2 ~ / 0.._ 20.. . ~/ ~ 30 0.3/;:; : 40 9·4 ~ <t50 ~AÖ .~ / ~ 90 0.6 0.8 / "'100 RISE

-

L1

P"'""'fLL''''''''''' ~ ~ /' ~ / <I o F9-6 6 10 20 on '" :r u z 30 ..; '" Ir qO 50 60 70 80 90 100 150

Met een inwendige vatdiameter van 2 ft geeft dit voor het gedeelte van het oppervlak dat ligt boven het maximum vloeistofnivo: 50

%.

(Dit is uiteraard logisch omdat het vat half gevuld is, _~chter de

t'an de vloeistof rode draad van de methode is gevolgd). Voor de doorlooptijd is

dan aan oppervlak beschikbaar:

100 - 50 :- 50

.

%

Dit is hetzelfde oppervlak als in eerste instantie is aangenomen.

4.3.Kontrole op entraiment.

Geschat wordt dat circa

5

%

van de vloeistofstroom, die uit de kondensor stroomt, doorentraiment als druppeltjes in de damp aanwezig zijn.

Het doel van het scheidingsvat is dat de snelheid Van de dampstroom gereduoeerd wordt tot een snelheid waarbij de zwaartekracht druppels meteen diameter

D

_p en groter doet neerslaan. Onder deze voorwaarde moet gelden:

f .1t

.Di

met: vrije dampruimte ,f1;~

a

-(

~

Dl)·

2

f a· L a

Pvv

~vv

~

Ut damps troom, m3/ s

Waarin Ut de snelheid is waarmee de druppel bezinkt. Voor het gemak is deze uitdrukking vertaald in een Rdh-faktor: de 'verhouding van de

110 100 90 80 70 60 a: 0 Q. <% > VI 50 w :I: >-u CD z _{0 8 0} ... 40 Q. ~ 70 u ~60 <% Q. U VI ₀₅₀ a: <I 0 ~ 40 Q. ₃₀ Cl >

-0 ~ ~

I

... z 20 ..j

~I

j

20 LU Q. I.

f'

10 15

I

12 p - p

bezinksnelheid tot een basissnelheid 0,227 ( 1 v)O,5

Pv

Hiermee wordt: Rdh = met: V_load = Vload

L

a ) -0-,-1-7;;;'8 -D-2-- \ f • L a

Samenstelling B levert de grootste dampstroom, daarin kan men dus ook de grootste entraiment verwachten. Dan wordt:

ti

0,225 1410 19 0,012 0,42 : 0,049 0,023

Met deze _Rdh wordt met de vatdiameter de vatlengte gekontroleer4.

Dit gaat aan de hand van het nomogram (fig

.7

)

.

12 ! 0.5 9 II 90

I

\

0.4 8 80 10

\

70 9

/

100 60 7 8

I~

\

CD 0.3 50 50 U I I 7 lIJ

\

lIJ 0.E5 40 ~ ~ 20 6 ...., ...

I

z lIJ ..J .J ... :::; ₆ ...., u.. x

_\

x 10 ...., ...., w 0.2 ~ ...., 30 x

,

u.. ...., a: 0 0 ... '" 0 ...., z

\

z

_-

<% a:

-

u 5 5 -:r! ~ 5 ... lIJ

I

>- _Ö ~ ... Cl :e 0.15 ~ ... ~ 20

'"

\

Cl 2

'"

-u 0 .J ·0 0 .J a: ₄

\

...., .J a: ₄ 0 ..J ..J W 0 > 0 ... ...., VI Q. 0.5 ..J ;r ~

.

<% IJ)

\

0.10 _a: .c

..,

> :e :e 3.5 ...J :;,

®

0.09 :;, _a: 0.2 10 3 0:: 0

-

0 9 0.08_ _-ë 0.1 ₃ 8 cS

--

_ 0

\

0:07

_;0.05

7

--

6 0.06

-

...

'"'::::::

=

\

0.02 2.5

--

2 0.05 0.01

\

0.005 0.04 ₂ 1.5

\

0.002 ~ ~O3

Figure 7 Use this no ograph to find size for entrainment reduction.

t···

u

-21-Nomogram 7 :

1.Markeer de hoogte van de dampruimte (12 inch); markeer het gedeelte van het totale oppervlak dat door de dampruimte in beslag wordt

ge-nomen

(50%).

Trek door beide punten een lijn en verleng deze tot

index-lijn A

® .

2.Markeer de vaporvelocityratio Rdh. In ons geval moet de indexlijn

met Rdh geextrapoleerd worden. Trek hiervandaan een lijn naar

~

•

Markeer het snijpunt met indexlijn

B:~

•

3.Zet de dampbelasting (Vload) uit; trek een lijn door

~

_{en Vload}

door tot indexlijn C:

0 ·

(v - 0,049 ft3/s).

load-4.Trek een lijn vanaf de vatdiameter door ~ heen naar de vatlengte

en de vatlengte/diameterverhouding.

Uitgewerkt levert deze figuur met D_i

=

2ft:

L

=

ca.

5,5

ft

L/~= ca.

2,75-Het vat draagt dus bij aan de vermindering van de entrainment. Nu nog de

vraag: wat is de diameter van de druppels en de bellen die resp. in de damp en in de vloeistofstroom achterblijven?

4.4.De druppeldiameter.

Ook voor het vinden van de druppeldiameter wordt gebruik gemaakt van

een nomogram. nl. fig.

8 :

l.Markeer het dichtheidsverschil (P1-p_v)= 87 lb/ft3

;®

.

2.Markeer de dampviskositeit in cp:.

-5

2 (;\

~V= 1,068.10 Ns/m

=

0,011 cp ~

.3.Verbind

@

en

® ;

markeer het snijpunt met indexlijn A:.

0

.

4.J1arkeer de veloei ty-ratio-verhouding (R_dh

=

0,023) :

®

6.Trek een lijn door

ei)

en

® ;

mankeer het snijpunt met

ISO, 100 90 80 "'- I-l4. 70 ::S ₆₀ u ... CD 50 ...J ~ w u ₄₀ z W a: w l4. l4. ₃₀ 0 >-

,

':: <I) z w ₂₀ 0 ~ I Q.. ... 10 9 8 7 6

7.Trek eanlijn door

~

(indexlijn A) en

~

(indexlijn B) naar de lijn met de druppeldiameter. Uitkomst: Dp ~ lyAm bezinkt niet. 0.002 0.004 0.003 0.5 0.005 0.004 _0.4 0.006 0.005 0 0.006 0.3 l -et 0.007 a: 0.008 0 0.2 "'-

_-...

₃

0.008 >-0.010 I- I -0.009 et

-...

a: u ... O.0!.Q _>- 0 ...J

~'OO

I- 0.1 w

"

_0.02 <I) > 90 z 0.08 ~ ~ _W .c 80 u ₀ 0.06 ~ >- 003 70 I -

...

_<;> <I) <I) _{0.0'4 60} z 0 0 U a: <I) _{0.02 0.0.3} u :;

@

50 ~ a: a: 0 m - 40 w et a.. I-et

~"-

W w _{> 0.03 ~} Z _...J et ... 0 ...J _{::l. 30} >< >< W

"'-

I-w 0.04 0 w 0 _Z

"-

...J Z a.. 0 0.05 20 a: 0.4

"

Cl 0.5

"-

Q. 0.6 0 0.07

"

0.8 0.08 0.09 0.10 1.5 10

Figure

8,

Nomograph based on settling valocity equation used to find _Rd"

Volgens

(3 )

dient de druppeldiameter tussen

3

en 100 micron in te liggen. Het vat voldoet aan de entrainment gestelde eisen.

Het nomogram volgens figuur

8

is gebaseerd op de wet van Stokes, die de wrijvingskracht beschrijft van een vallend bollet je. Uit een evenwichtsvergelijking is met de gege\en druppeldiameter de bezfksnelheid te berekenen. De snelheid wordt gegeven door:

2

g.D .(Pl-p )

1$0 -100 90 80

t

70

a

60 "-~ 50 141 ~ 40 141 oe 141 \L, \L, 30 o > , ~ en z ~ 20 10 9 8 1 6

de lijn met do druppeldiameter.

Uitkomst;

Dp

,

l;um

bezinkt

niet.

X 141 o Z 0,006 0.008 :-- 0.009 ... -.. O.OJ..Q

""

a. u >--~ Cl') o (".) Cl') 0.02 > oe o CL

:!

_0.03 0.04 0.05 0.06 0,01 0.08 0.09 0.10 0,002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.008 0 0.010 ~ 0.02 a: > ~ Cl') Z LIJ o 003 ... 9

,.0

.

04. 0.05

8

0.06, oe.' 0.0' ~, Cf .0:10-

g-~;

02~

0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.5

® -

m -x w o z 0,5 0.4 ~ 0.3 .... Cf Cl: 0.2 >-~ (".) o ...J 0.1 ~ 0.08 _ ol!: 0.06 rl' 0.0'4 0.0.3 100 90 80 70 Cl') 60 ~ ~ 50 :. oe 40 ~ w 2 Cf 30 Ö ~ W ...J CL o 20

:5

10 a. o

Figure

8.

Nomograph based on settling velocity equation used to find Rdh'

Volgens

(3 )

dient de druppeldiameter tussen

3

en 100 micron in te liggen. Het vat voldoet aan de entrainment gestelde eisen.

Het nomogram volgens figuur

8

is gebaseerd op de wet van Stokes, die 'de wrijvingskracht beschrijft van een vallend bolletje. Uit een evenwichtsvergelijking is met de gegeven druppeldiameter de bezfksnelheid te berekenen. De snelheid wordt gegeven door:

2

g

.DS

_{.(Pl-p v )} 1

.fiv

met~v

=

dampviskositeit (zie 4.6.) lb/ft.s.

Resultaten:

--ral

D _p g _Pl-Pv

•

_Ut

lb/ft.s ft t2/sec lb/ft

3

I

ft/sec. mis

\

~

~

7,2.10 4,6.10

-5

2,2 87 0,046 0,014

4 ~ .De beldiameter •

Krachtenevenwicht op een dampbel in een vloeistof levert:

(Pl-p

).g.

V ., F

v

w

Volgens het SWO lIl-diktaat wordt, indien Re'« 1, de wrijvings-kracht tussen bel en vloeistof gegeven door:

-_

~l+ 1,5 ~ .

Fw = 2 ••

dbel.us.~1.(

_ _ v)

~l+ ~v

Indien de bel bolvormig is wordt het belvolumet

Wil de bel uit de vloeistof kunnen ontsnappen dan zal zijn snelheid Us in opwaartse richting groter moeten zijn dan de neerwaartse snel-heid van de vloeistof ulo De bellen die in de vloeistof achterblijven hebben of dezelfde of een kleinere snelheid dan die van de vloeistof. De neerwaartse snelheid van de vloeistof wordt geschat met:

u

=

~ (D_i -12").O,0254 1 't

met: h= afstand vloeistofspiegel tot de bodem van het vat, n1. 't= doorlooptijd van de vloeistof, s.

Voor u wordt _s g.yolul •• " · ".

or _Di

.,

u

l

s inoh mis

300 24 10-3

Enige algemene gegevens:

~m

TJ_{l Pl} Pv kg/s Ns/m 2 kg/m3 kg/m3 1,15 3,23.10 -4 1410 19 De gemiddelde vloeistofsamenstelling: Rll R12 molfraktie: 0,409 0,591 gew.fraktie: 0,440 0,560

De gemiddelde samenstelling van de te verwachten bellen: Rll molfraktie :. 0,118 gew.fraktie 0,132 R12 0,882 0,868

Voor TJ wordt dan gevonden:

v; Ril ~'2

M

kg 0,13738 0,12093 TJ Ns/m20,939.1cr5 1,086.10-5 v 68 -5 Tl'

=

1,0 .10 v maximale

Voorgaande levert dan uiteindelijk de .diametervan de bel die in de

vloeistof achterblijft, met u ~ u

l :

a"

De grootte van de bel die achterblijft in de vloeistof geeft ook geen

aanleiding tot een vergr~ten van de vatinhoud.

4.6.Kontrole van Re'« 1 en van de vervorming van de bellen.

. 2 2 0

5

met

0'

_{• a} u

I -

_~ (u _vertikaal + u _{horizontaal ) ,}

'. U a

u _L

horizontaal

==-'t

geeft dit_• ,met u _a

==0,0062

mis voor Re'~

0,46.

_{Het kental van Reynolda}

ia dus kleiner dan 1. _{nu moet gekontroleerd worden of de bellen}

vervormd zijn.

De bellen zullen vermoedelijk niet vervormen indien het kental van Weber (We') kleiner is dan ca.

4:

- "'2

P1·/uJ .d_bel

We'=

.

-G

<

4

-De gemiddelde oppervlaktespanning _{0 ia voor het ongunstigste geval}

geachat, door de kleinste waarde te nemen van de voorkomende komponenten.

In dit geval die van Rll (0=

_9.10-3N/m).

-4

Voor het getal van Weber wordt ca.

10

_{gevonden. De verwachting ia}

vrij groot dat de ,_{bellen niet vervormd zullen zijn en zodoende geen extra}

5.D0101. Minimum en maximum afmetingen en toeslagen. 5.D0101.2.Minimum, maximum afmetingen.

5.D0101.2.1.Cilinders, vlakke wanden en fronten.

De mantel, de waterverdeelkasten, de pijpplaat, de fronten, en de stompen moeten een minimum wanddikte hebben van 4 mm, ze zijn alle . i t ongelegeerd staal vervaardigd.

Voor de pijpen van de pijpenbundel kan onder de minimum wand-dikte eis uitgekomen worden via D0101.4.

5.D0101.2.3.Rolverbinding.

De lengte van een rolverbinding mag niet kleiner zijn dan 12 mm; deze lengte is voor pijpen met diameter 18 mm in werkelijkheid

56,5 mmo

De steek 1 van de gaten met middellijnD in de pijpplaat moet

voldoen aan:

l~ 1,25 D

met D= 18 mm Iloet 1. ~ 22,5 mm , hieraan wordt voldaan.

5.D0101.2.6.Ondersteuningen.

De wanddikte dd van ondersteuningsschorten met een gr~otste

uitwendige middellijm D moet voldoen aan de twee volgende voor-e waarden:· dd) 0,001 De + 2,5 dd~ 6 mm De keuze wordt: dd=6mm. 5.D0101.2.7.Bouten. (geeft dd) 2,82 mm)

De kern- of schachtmiddellijn van bevestigingsartikelen moet groter zijn dan tien millimeter

'.D0101.3.Toeslagen. 5.D0101.3.1.Algemeen.

De werkelijk aanwezige wanddikte dd zal groter moeten zijn dan de formule wanddikte d om drie redenen:

-de vervaardiging kan tot een vermindering van de wanddikte leiden; -slijtage en intering;

-maatafwijkingen.

, • D01 01. 3. 2. Vervaardigingstoeslag 4 df~

5.

D0101.3.3. Interingstoeslag

4

dc~

4 d = 0

c

5.D0101.3.4.Tolerantietoeslag A d_t!.

5.D0101.4.Voorwaarden voor het toestaan van kleinere wanddikten dan in punt D0101.2.1. worden toegelaten.

Een kleinere wanddikte van p~pen van de p~penbundel dan

in

punt .

D0101.2.1. wordt toegestaan ,want 'de p~pen:

-vallen niet onder gevarengroep 3 of 4; -worden niet gelast;

-staan niet bloot aan uitwendige beschadiging en/of overmatige intering;

-hebben geen interingstoeslag meegekregen;

-kr~gen op de registerplaat achter het registernummer de letters DW mee.

-28-6

.Wanddikteberekening mantel, waterverdeelkasten en pi~en volgens D6201.

\

6.D0201.1.Toepassingsgebied.

Blad D0201 is van toepassing op alle toestellen onder druk.

6.D0201.2.Wanddiktevergeltikingen.

De wanddikte dd moet tenminste gelijk zijn aan de grootste va~

de twee volgende waarden:

-de minimum wanddikte volgens blad D0101s

++ voor cilinders in het algemeens dd ~ 4 mm

++ voor pijpen is geen minimum wanddikte vastgesteld, zie hoofdstuk 7.

-de wanddikte d volgens de volgende uitdrukkingen vermeerderd met toeslagen volgens blad D0101:

met2 kode Pd D. z f d _dd ~ 2

-

MPa

mm

-

N/mm

mm mm A1 0,35 313.6 0,?4 138 1,67 5,16 A2 0,35 313,6 1 1 38.- 0;40 5,16 A3 0,35 14 1 ·80,40,03 2

(A1: hoofdmantel, A2: mantel waterverdeelkast, A3: pijpen)

6.D0201.3.0ntwerpspanningen.

De ontwerp spanning f is de kleinste van:

0,67 Re 0,44 Rm

Met de materiaaleigenschappen uit hoofdstuk 6 geeft dit:

kode f N/mm2 A1 138 A2 138 A3 . 80,4 6.D0201.4.Verzwakkingsfaktoren.

De kleinste verzwakkinsfaktor van de volgens D0201.4.1 en 4.2 te bepalen waarde z wordt in de wanddiktevergel~king gebruikt.

0: z~ 1

6.D0201 04.1.La.ssen.·

Er wordt beperkt onderzoek verricht: z= 1

6.D0201.4. 2 .Openingen.

Er wordt verwezen naar D0501 D0501.2.: z is de kleinste vanl -z5 volgens D0501.5.,

-z6 volgens D0501.6.,deze berekening mag achterwege bl~ven

indien: dit geeft: kode D _e d""dd -4d

3~

_e mm mm mm A1 323,9 4;515 115 A2 323,9 4,515 115 A3 18 1,75

17

z6 hoeft verder niet berekend te worden. D0501.5.Afzonderlijk beschouwde openingen.

D0501.5.1.Cilinders.

Voorwaarde: gatdiameter D ~ 0,7 De' hieraan wordt voldaan.

Hiermee kode

A1

A2

A3

z

5

=z 0 ( \ + k. w 1 ) 1 z o . """- - - -

-k

+

0,5

1 k= 0, 91 • 0 +

~-."..-.,...---..,,---2-2

+

3,64.0

+

5,47.0

'0 c= Y'''-

(--D-e •

...,...d

)r-"

Verondersteld wordt dat de opening niet versterkt iSI

w

1=0 Resultaten: kode openingen D D d c k z

_z5

e 0

-

aanwezig? mm mrn mm

-

...

-

-A1

ja

152 323,9 4,515 3,97 3,63 0,24 0,24

A2

nee

-

323,9 4,515

-

-

1

1

A3

nee

-

18

1,75

-

-

1

1 wordt

z.

z

0,24

1 1

7 .

Winddikteb,rekening van fronten volgens D0203.

7 .0. 'Tnleiding.

De fronten zijn van het type korfboog met de volgende maten:

dd

=

4

mm ,d-3mm exklusief toeslagen D 323,9 mm e r i2

=

O,8.D _e

=

259 mm r i ,· e,154D _e = 49,9 mm 7 .D0203.1. Toepassingsgebied.

Blad D0203 is onder andere van toepassing op gewelfde fronten voor zover voldaan is aan de volgende beperking voor de wanddikte:

d~ 0,6 r _i2

met d =3mm en r_i2 259 mrn is hier ruim aan voldaan.

7

.D0203.2o Wanddiktevergelijkingen.

7

.D0203.2.1.0mhaling van een gewelfd front o

De wanddikte moet tenminste gelijk zijn aan de grootste van de twee

volgende waard~nl

-de minimumwanddikte davolgens bl~d· D0101: dd~ 4mm

-de wanddikte d volgens onderstaande uitdrukking vermeerderd met de toeslagen volgens blad D0101:

met: Pd 0,35 MPa z1 0;27 - (D0203.4) c₁ 2,2 (D0203. fig. 3b ) c 2 = 1,02 - (D0203.fig.4 ) 2 f 322

N/mm

(D0203.3.1.) e geeft: =

1,52

mm 4 mm, inklusief toeslagen.

Bij de figuren 9 en .10::-!L =

-Ï-49

9= 0,06 en

~il

ril ' r

i2 geven voor

:z: ~ ::: 0,193

voorbeeld: example;

5!..

=0,301 'it ~C,=3,1 ~ =0,10 j 'i2 o d r" ~l.-Y"'", of' !'", -0 Ö '" 1Sl-4..--"f" f" -'" 0 '0-0 '0"",0",0 ril d C, =10 ',1251',6- 19 1007.2 111-;;;;;,1 Herzienina 78~IO 1,15 ',1 ,J" 0,25 0,30

1

1,05 '. ,/

A'I

o

c,

figuur

9 l/

V

,/ / ; ' ,/ , / ...

"

_ ... 0,1 0,2 .JL '1,

V

V

,r 0,3

V

/V" 0,4 D 02031 '71-12 1 8 R .. i .. d 78-10

... v

V

! 0,5 rjJ-~ C₂ ,,1+0,306ln(1+ .!L)+0,1574ln2(1+.lL) '11 'it

figuur

10 I VI I\) I

7 .D0203.2.3.Gewelfd middengedeelte van een ongesteund front.

De wanddikte dd moet minstens gelijk zijn aan de grootste van de volgende waarden:

-de minimumwanddikte volgens blad D0101: dd) 4mm;

-de voor de omhalingszone volgens punt D0203.2.1. vereiste dd= 4 mm -de wanddikte d volgens onderstaande uitdrukking vermeerderd

met de toeslagen volgens blad D0101:

d ... 2.Pd· r i2 4. z •f 2- Pd met: Pd 0,35 MPa

z 0,2 ~

-

(D0203.4)

f₂ =150 N/mm 2 (D0203.3.3.)

geeft deze vergelijking: d=1,~_mm

De wanddikte wordt, inklusief toeslagen, gekozen op 4 mm

7 .D0203.3.Q~twerpspanningen.

7 .D0203.3.1.0ntwerpwaarde van het spanningstrajekt fee

fe = c 30f

met f als kleinste van de volgende formules: Re

.'0,67 Rm

geeft voor f: f= 228 N/mm2

C

3

=1

2 =f 2 geeft 03= 1,4 (kleinste waarde)

ra;

tV2:2

hiermee wordt: / 2

~=322 N mm

7. D020 3.3. oOntwerpspanning fl~

Met Adp~ _{10%, is f 1 de kleinste waarde van:}

0,9

,

Re

0,6 Rm geeft:

7·D0203.3.3.0ntwerpspanning f2~

Met Adp~ 10%, is f₂ de kleinste waarde van:

0,67 Re 0,44 Rm geeft: f

=

2 N/mm2 150

7

.D0203.4.Verzwakkingsfaktoren z en z1~

De kleinste verzwakkingsfaktor van de volgens de punten D0203.4.1. en' D0203.4.2. te bepalen waarden, wordt in de

wanddikteverge-lijkingen gebruikt.

7

.D0203.4.1.Lassen.

De lassen worden niet onderzocht: z

=

0,6

z1

=

0,6

7

.D0203.4.2.0peningen.

z en z1 worden bepaald volgens blad D0501: D0501.2.Verzwakkingsfaktoren z en z1~

z en z1 z~n de kleinste van de volgende twee waarden: _De kleinste z5 van enig afzonderlijk beschouwde

opening (zie D0501.5.).

-De kleinste z6 van enige gekombineerde opening(zie

D0501.6.). Deze berekening mag achterwege bl~ven indien:

met re=ri2= 259 mm en d= 3 mm geeft 15 = 118 mm

Aangezien er twee stompen op het front gelast worden, wordt aan deze eis niet voldaan. z6 zal uitgerekend moeten worden.

Opmerking.

Wanneer voor twee openingen met verzwakkingsfaktoren z5 en z5 (afzonderl~K beschouwd) en z6 (gekombineerd beschouwd) gevonden wordt z6

<

z5 en tevens z6

<

z!5 mag een volgende beoordeling worden uitgevoerd. Deze beoordeling is niet gewenst.

D0501.3. In rekening te brengen middell;jn D van een opening. D is de binnen diameter van de aan- en afvoerp~p van het koelwater plus tweemaal diens toleranties D=103,8 D0501.5.AfzonderUjk beschouwde openingeu.

D0501.5.3.Middengedeelte van een ongesteund front. z5 is de kleinste van de twee volgende waarden: Qt)(halfbolvormige fro.ten)

d D e

-35-1

=

k + 0,5 k = O,91c + 1 _- 2-2 + 3,b4c + 5,470 D c = VDe· d D = 2. (r_i2 + d) e

geeft met D

=

l03,8mm voor:

c k

mm mm

3 524 2 ,6?,· 2,40 0,34

o

w

1

=

0: De opening wordt onversterkt beschouwd. 2) (vlakke wand):

w

3

=

0: De opening wordt als onversterkt beschouwd.

o

De waarde volgens onderstaande uitdrukking:

D

=

----2D - 1 2 met w 2= 0 (onversterkte opening) 1

2

=

0 (gat zit tegen de omhaling aan) wordt z5 = 0,5 •

D0501.b.Gekombineerd beschouwde openingen.

De waarde van z6 voor twee gekombineerde openingaB berekent men over de verbiudiugsljjn tussen de middel-punten van die openingen.

D0501.6.2.Welvings- en omhalingszones.

Waarin z2 de volgens D0501.b.4. te berekenen waarde is •

D0501.b.4.Hulpwaarde z2~

D0501.b.4.1.Regelmatig patroon van rijen ge1~%e onversterkte

openingen.

_I,

-D

.n

mm -min 140 103,8 0,26

8 • Wanddikteberekening van de pijpplaat volgens D0403~

8,.D0403.1.Toepassingsgebied.

De pakking ligt binnen de boutcirkel dwz. de rand wordt als opgelegd beschouwd.

8 .D0403.2.Wanddiktevergelijkingen voor de pijpplaat.

De wanddikte moet tenminste gelijk zijn aan de grootste van de twee v~lgende waarden:

-de minimum wanddikte volgens blad D0101: dd

=

4nun -de g~ootste van de wanddikte d

1, d 2, d3 volgens

onder-staande vergelijkingen, vermeerderd met toeslagen:

met:

\~

V

--z-:T

P d2= _{0,25. D1}

---2:...

f 1 Pd

mm (steekcirkel buitenste pijpenkrans) Pd = 0,35 MPa D 1 =431,8 mm (D0403.3) C = 0,51... (D0403 fig. 6) C 1 0,23- (D0403 fig.

7)

f =204 N/mm2 (D0403.5) f 1 =112 N/mm2 (D040305) z

=

0,24- (D0403. 6 ) z2 0,24- (D0403.6)

geven als resultaten:

mm mm

18,6 0,34 0,86

17,3

20

dd is inklusief toeslagen.

·8 .D0403.3.Bevestigingsmiddellijn D₁ en afdichtinssmiddellijn D2~

D

1= middellijn boutcirkel(met de pakking binnen de boutcirkel)=

=431,8mm

Volgens D0101 is D2=Dg:

Db . t U~ enz~ "d e + Db' ~nnenzu '"d e

D2~ pakking pakking 381 + 323,9 353 mrn

2 2

8

.D0403.4.Sterktekontrole van de pijpen.

De pijpen moeten zowel aBn D0201 (zie hoofdstuk 8) als aan de volgende voo7Waarden voldoen:

(D -d

3

)

mets 0- _{Pd· _.lL-....l? +} D_E·D2 oC2 ax 4dp n.I _ap G = _{tg Pd'·} (D -d ) _{:d p} p waarin: D₂ 353 mm (D0403.3) C2 = 0,01- (D0403 figo

8)

f 2 164,5 N/mm 2 ( D0403.5.3o) n 84 D = 18 mm p d p 1,15mm (exklusief toeslagen) Pd 0, 35Ml?a I =3267 mm4 ap 2 C _ax

=

10,91 N/mm _. Cï t _g = 1,6.3 N/mm2 ₂

~

= 10,2 N/mm

~

_{f 2}

De sterkte van de pijpen is ruim voldoende.

8.D0403.5.0ntwerp8Eanningen~

8.D0403.5.1.Ontwerpspanning f.

Met Adp~ 10% is f de kleinste van: 0,9 Re

0,6 Rm

2

"8

.D0403.5. 2 .Ontwerpspanning f ₁.!.

Adp ~ 16%, f 1 is de kleinste waarde van: 0,5 Re 0,33Rm 2 Oftewel f 1

=

112 N/mm

8

.D0403.5.3.0ntwerpspanning f2~

Adp ~ 1 O~'a

,

f 2 is de kleinste waard e van:

0,7

Re 0,6 Rm 2 Dus: f₂= 164,5 Ujm.m

8.

D0403.6.Verzwakkingsfaktoren.

8

.D0403.6.1.Verzwakkinsfaktor z.

De kleinste verzwakkingsfaktor z uit de punten D0403.6.1.1. en 6.1.2. is maatgevend.

8 •

D040 3.6.1 .1 • Openingen.

z wordt bepaald volgens D0501.6.3.1. en 6.3.1. verwijst naarl D0501.6.4.2.Regelmatig herhalend patroon van rijen onversterkte

openingen waarin verschillende steken entof gatmiddellijnen voorkomen.

De verzwakkingsfaktor wordt hier gedefinieerd als.

met :JI 23,8 - 18

23,8

0,24

• z

=

dammen tussen de pijpen

g

steken

z wordt langs de beschouwde 1 ijn over de lengte

g

van het patroon bepaald.

NB.z is klein als de COB dammen tussen de pijpen

g

klein is.

De dammen buiten de pijpenbundel worden niet

mee-gerekend, dan wordt:

z

=

dam g

8

.D0403.6.1.2.Kombinatie van lassen en openingen.

De pijpplaat is niet in delen in elkaar gelast, dus geen extra verzwakkingen.

·

8

oD0403. 6.2 0 Verzwakkingsfaktor z2...Y.2pr afschuiving.

z2 zou bepaald moeten worden volgens D0501 voor de lijn over

de middelpunten vande buitenste p\iren. Bch ter de kleinst mogel ijkp. waarde van z2 zoals gevonden in D0403.6.1.1. en 6.1.2., z2=O,21, geeft in de wanddiktevergelijkingen geen aanleiding tot wijzigine.

8

.D0403.6.3.Verslappingsfaktor z3 voor buiging.

De parameter, die hier een rol speelt, iS,1,

~

word t ged efinieerd als de pijpen zijn geroldl

,,\,,...1L

=

.J..ê..,2=

0,76

«

0,95) en (:J volgens D0501.3.)

1

1 23,8

De verslappingsfaktor z31

Z3

=

1,003 - 0,203

À -

0,2056

À

2 + 1,305

f\

3

8

.D0403.fig.6,7j8.Bepaling rand-en steunfaktoren: C, C₁ en C2~ Voor aflezing van de figuren11,12 en13 moet de volgende waarde a bepaald worden:

met: n d I a I ap k.n.E

(rf

).I p m ap 84 pijpen 19 mlll

.

3

3

·

3

0,09 z3.d = 0,09. 1,311. 19 = 809. mm

IC

(D4 -D 4)

7l:

4 4 " p pi

=

~ . (18 -14)

=

3267 mm4

64

=

6"4

1

2

=

600 mm (afstand tot het tweede sQGmentschot)

E

(V

)=E

=E(t' )

p m p m

{I

k

=

'~,46 met

.:2.

=

1 1₂ aantal keerschotton ) 3 Met a= 0,79 wordt: C= 0,51 , C 1= 0,23 e.n C2= 0,01

U,10

[r--

!

-r-

I

1 1'-- -:- --1- --,---... ., , !

I

' ;

1 ! : I I O,OS , ; __ ; _ _ ; _ _ : _ _ ! ___ 1 _ I ; ! i

!

I

·

.

i

;

l

~:

'-11

-j

-

-

I

I

~

0,08

I

"

~~gel~Rd_

~

l

1-

--

i

!

--

l

i

~-

;

:

:

.

I '- ' i 1

Stm~ly

.upporl.d ! ', . I' -:---1 I I I ; I ' I ; J _ _ .: I • 1 I

.

~

!

n;û~o::

~~~-

-

-

'

/

~~~

0,06

r-I-~

j

-~~

~

~

=::(

<;

/

/

,

~j-:.'

~

'

,

~

. 750----J..:~/~~d--· . ....-: ,

~g

g

~

'-l

'~

.

i

l

DOS _'

+---

_.. 10₅0_{0 -}%'_/.;{lZ/',J6 _;

I

!

25

Îi~f

-

'

I

: j{}/-. ! 0,04 1

I

____

//

:

I

I

0,03

+

__

,1)

.

.

f;,

_

I

;~2~;I.m1

mi ' I' I '/!, r-- I ' I I · [;" '1/ ! !

I

rt--D

• • 0,02 1 - -" -I 1

~

, ' , ,:

I

:

' 1 1 ' ' - - - -. ' j : I : i I I

t.

I

I

i I '

I :

' j--r--< 1 I

I

i I !

i

1

I

I

I

I

_: 0,07 0,01 o c,

t

5 _e

_

₁₀

..

figuur 13

ï

; ... n 25 - SO -100 0,15 +--!---t\~~ _ 250 - 500 -750 ·1000

.

-I_U

.

.

₂₀₀₀

1

-,Or--,

,

I

H-

-!

I

"'l I

=r

i ,

,

I I

I~...L

r - i 0 , 0 5 + -/

I

o I 2 _{5 7 à .} 9 figuur 12

-.

' ... ·:lllrin: annlal pijphoring\n O,09z, . d' . .

"

'.

k"'odroli,eh oppervlaktelllomcnt van <tn pijp ',.

cla'licilcil,modlilus van hel pijpplanlmaleriaal E(O.)

cla'li,·ilrilslllodlilus van helpijpmateriaal E.({}.l

vrije pijplcnglc vanaf de pijpp!aat I.

Dit is in hel nlJ;t'nlccn de afstand Vin de püppla~t lot het

C'c:ntv\"l)cC'O(!c slcunschot or fot het tweede aeamtnllChot (zie de definitie,,),

Voor d~ h('p,liinS van:

k zir t:lbd hij fig. 9 en 10

Z) lil" punt h,3.

Voor ,,".llyli~cl1C hcpalill!! \',111 C. zie hi;1.1gC I. In r i~ dl,.' invloed uitcoJrukl, dje ,Ic r.ll1dbc\'l"lisjn~ en de Meunende wC'rking van de pijrcn uitoc('ncn op de bui,.

~1'''fmjnEt ln dc pijpplaal. Als ~I('u 'leun,'n~lc: \l.cCitlflg

CVcfOorL1aki do('l( de bui~~lIJn~(id \':In de pijpen,

\C(w:\;.rivt1sb.lar klein is (u ... 0) \Înti; men \-0.)' ede

waahkn' O,S6 (oJ1hclc~,I) ,c:~p, O.·1} (ingeklemd), bCIKC'cn

t'\'C'IC'rnkf\mt mer de in bbd 00401 voor OD~:CWldc ,'I-':II;( "'i;ndrn at-grvea waarden.

IQ '5000

-

..

c

I

t

0,60 r ! - - , - - ,

r--

I

- -I

--

-

1

---:

! , I . 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 ; ! ~ 1 " ... I -_.-I .---..J--J I ~I I i _ _ _ _ i

i

,,

-

1. - -:

~~

I · I .-t' I I ; I \ , 1 1 - -' . , I ,\ I : : I

!

I I ' , ~_, "',\ _{\ ,} .--- l I ~I _.I .. _• I _, i · _{• 1} I \\1

i

i

1--"- -'-'

--

I-'

~

' \:,' : I , 1 , 1 , \ . , 1 ' I ' j - '~t\ i-~-~--_. --- ;- -.:

I

:~"i:<';,~ \ .

;

fo •• ,n od kl.md I , 1 . ' 1 1 , \'\ ' , = ; , __ ~ '__2---\.'.<_''\.,'''; _{: -'},_-i: _-I _'-'-I'--~ , i ~o-~-·;\! . , ! I ! 1 00 _ -"'~ ' I I'

!

:

i - 250--:::::;'}, I ; , 500-.--·-t .. --'1 - -_1 -

-1

..

..

_1-_ _ ,. I 1 '\.'

,

, .

-

-

...

_-

'

7~0-""-·1·· \ ! ,

I

·

'

1 ~~d . , , I I : Jlmp\y~_.~ , i 1 I ... _ .. : ~-:-- -:.- . . _ ' I I ' I ! I ! ' : l I fl

- -

,-

--

;

- - L

i : . :---.;: 25

I

'

I .... ~ -~----~ ~ : . ! ~ ~O')

i

J ;

:

.

'

-

250 : - '00

l

- -I, ! - - - -

I

--~

I

I

. _.- ;' '1000 2000 150

.

.

-

- ! - -

I

--:--

,

.

---J

·

1

;000

I I I I i---;-OO , I o 1 2 8 10 figuur 11

-.

I r;;f;(:i~ ).ï;. "vltm~ .E(.~ .. I.J. ':.' J ....

.-.

.•

~ I ~

....

I

9.Materiaalspecifikatie van .het eerste flashvat.

aan- stuk naam tal nr. 1 2

3

4

5

6

7

8

9 pijp flens bocht pijp front scheidingsschot pijpplaat waterverdeelkast mantel flens pijp flens front pijp flens pijp materiaal ASTM.A179.75 ASTM.AI05.Grl ASTM.A234.Gr.WPB ASTM.AI06.77.Gr.l Fe 360 lkp Fe 360 lkp Fe 360 1kp ASTM.A106.77.Gr.l ASTM.AI06.77.Gr.l ASTM.A105.Gr.l ASTM.AI06.77.Gr.l ASTM.AI05.Gr.l Fe 360 lkp ASTM.AI06.77.Gr.1 ASTM.105.Gr.1 ASTM.106.Gr.1 segmentschot Ze 360 1kp geleiding (tie rod) Fe 360 lkp

opmerkingen

, 18x2 op steek 15/16 inch 150 1bs,welding neck,4 inch 4"x6mm 4"x6mm

f

323,9x4, korfboog 4mm dikte ~ 386 x 24mm

f

323,9x5,16 mm /323,9x5,16 mm 12 inch,150 1bs, slip on

I

~59x4

mm 5 3.nch,300 1bs, slip on

r

159x4 mm 4"x6mm 4", 150 lbs, slip on

~

159x4 mm j309x4 mm

p

12 mm 42 2 2 2 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 9

8

2 12 24 24

8

3 1 1 1 72 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 glijstaven Fe 360 lkp 20xl0 mm zeskantbout + moer M24x 70-St-NEN 102

zeskantbout M18x 60-aB-NEN 1555 zeskantmoer zeskantbout + moer pakking pakking pakking pakking afstandsbussen M18 -8 -NEN 1560 M20x 70-St-NEN 102 Frenze1it Chemie Frenze1it Chemie Frenzelit Chemie Frenzelit Chemie St. 35 DIN 2391

f

16x 1,5 mm

10.Konklusie en diskussie.

':'Blijkens de noodzakelijke diepe koeling van samenstelling B in het eerste flashvat vormt temperature-cross een reëel gevaar.Dit gevaar is omzeild door de kondensor in tweëen te hakken: het aanvankelijke flashvat met daaraan in serie een nakondensor (gekoeld door een koelmachine).

_De snelheid van het koelwater door C8 ,ijpen is van dien aard dat deze nog met ca. een faktor 2 opgevoerd kan worden. De kapaciteit van deze sektie kan hiermee vergroot worden.

-De reeks flashvat-nakondensor-scheidingsvat is uit eenvoudige staalsoorten vervaardigd. In de vaten bevinden zich geen bewegende delen (hoogstens trillende pijpen e.d.),opdat een betrouwbare

bedrijfsvoering bevorderd wordt.

-Het zij bekend dat de scheiding, wat betreft die van R13 ten opzichte van R11 en R12~ zeer gering is: er is reeds in het T-gedeelte aanbevolen een destillatiekolom toe te passen.

11. Symbolenlijst.

oppervlak rek na breuk

rand- en steunfakto~ voor buiging C hulpwaarde voor het berekenen van c₂ C 1 C₂ D D e Di D 1 D 2

D3

D p D P E,E P F ,6H AH I ' a I v ap L L M • M w Nu

rand en steunfaktor voor afschuiving invloedsfaktor van pijpplaat op plaat middellijn van een opening

uitwendige middellijn van een cilinder of een front Inwendige middellijn van een cilinder

bevestigingsmiddellijn afdichtingsmiddellijn

steekcirkelmiddellijn van de buitenste pijpenkrans

~itwendige pijpmiddellijn

druppeldiameter elasticiteitsmodulus

korrektiefaktor voor het gemiddelde temperatuursverschil enthalpieverschil per sekonde

verdampingswarmte

kwadratisch oppervlaktemoment per mm breedte v.d. pijpplaat kwadratisch oppervlaktemoment van de pijp

lengte van een tubepass vatlengte

molmassa waterdebiet

kental van Nusselt

P variabele voor de bepaling van F

~r kental van Prandtl

Q af te voeren warmte

R varïbele voor de bepaling van F Re kental van Reynolds

Re rekgrens bij.20oC

Rm

treksterkte bij 200C

Rdh verhouding van de bezinksnelheid tot een basissnelheid

T koelwatertemperatuur

AT temperatuursverschil

V volume

V relatieve dampbelasting

load

We kental van Weber

X gewichtsfraktie in de vloeist~ffase 2 m mm nun mrn mm mm mrn mm ,ám 2 N/mm kW kJ/kg mm

3

mm

4

mm mrn of ft

a doorsnedeverhouding a hulpfaktor a temperatuursg~leidingsko~fficiUnt b langsdoorsnedeverhouding c korrektiefaktor c hulpwaarde voor z _o d formulewanddikte d pijpdiameter

dd wJ'kelijke wanddikte (in tekening bijvoorbeeld)

d formulewanddikte van de pijp

p

f doorstroomd oppervlak

f percentage vloeistofoppervlak va~ het totale oppervlak a ff bundelgeometrieparameter fontwerpspanning f 1 ontwerpschuifspanning f 1,f2 ontwerpspanning

fontwerpwaarde voor het spanningstrajekt e

g versnelling van de zwaartekracht

h hoogte van het vloeistofnivo

k versterkingsrendement

k totale warmtedoorgangskoëfficiënt

s

1

1 steek van twee openingen

1

2 afstand van de rand van een opening tot de omhalingszone

13

onderling afstand van schotten (baffles)

15

randafstand van twee openingen

Ik d lengte van het kondensatorvat on •

n aantal passes

n aantal pijpboringen in de pijpplaat

u w drukval berekeningsdruk vuilfaktor inwendige omhalingsstraal inwendige welvingsstraal steek snelheid

stijgsnelheid van de bel

bezinksnelheid van de druppel soortelijk volume

gemiddelde dampsnelheid door de kondennor watersnelheid x molfraktie in de vloeistoffase

2/

m s mm mm mm mm 2 m

%

N/mm2 2 N/mm 2 N/mm 2 N/mm 2 N/mm 2 N/mm mm mm mm m N/m2 MPa m2oC/W mm mm mm

mis

mis

mis

l'\3/kg

mis

mis

q

z aantal pijpen z verzwakkingsfaktor

,

,

, ,

,

,

onversterkte opening opening in de omhalingszone lassen z2 " voor afschuiving

z3 verslappingsfaktor voor buiging z2,Z3,Zg hulpwaarde voor z6

z5 verzwakkingsfaktor van een afzonderlijk beschouwde opening z6 " van gekombineerd beschouwde openinGenl

~ warmtedoorgangsko~fficiënt

tf

geometrieparameter

.

>1

hulpfaktor

A

warmtegeleidingskoëfficiënt o~ viskositeit

y

_{kinematische viskositeit}

~~

dichtheid massastroom

~,"QI

molstroom

ti

ty dampvolumestroom

0-

oppervlaktespanning

~'"

spanning in langsrichting (J: _{spanning in omtreksrichting}

-ty

c.. doorlooptijd

~

metaaltemperatuur indices.

A,B samenstelling A resp. B

W wand-a buiten- (uitwendig) f film-gez gezamenlijk kum kumulatief I vloeistof-m gemiddelde p pijp-trap pijp- trapezium-t totaal u uitwendige w v

+

water damp kondens gemiddelde W/moe ep of Ns/m 2 2 m /s m3/kg kg/s mOI/s cfs N/m / 2 N mm N/mm 2 s oe

12.Literatuurl\ist

1.Perry J.H., Engineers' Handbook,

3

edruk,1963,'lcGraw-Hill,New York.

2.Schmidt E., Properties of water and steam in 3I units,1edruk,1969"

Springer-Verlag, Berlijn.

30Evans jr. F.L.,Equipment handbook for~refineries and chemical plants ,

vol. 2,1971,Book Division Gulf Publishing, Houston.

4.Hoyt S.L. , ASNU~ handbook (metal properties), 1 eeditie,JvlcGraw-Hill ,

London.

5.Koeltechniek en klimaatregeling, Vademecum,1976.

6.Frigen , Handbuch,

7.VDI , VDI-Wärmea tlas, 2 drue k, 197 4, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf.

8.Dienst voor het stoomwezen, Regels voor toestellen onder druk, 1973, Staatsuitgeverij.

9.Ludwig E. , Applied process design for chemical and petrochemical plants,

vol. 111, 1965, Gulf Publishing Camp., Houston, Texas.

10.Bergh van den \'I.J.B., Apparaten voor de procesindustrie, kolleg-

e-diktaat i20A, 1978, THD.

11.Chesters A.K., Stroming en warmteoverdracht, kollegediktaat bw 32,

Appendix 1

Koeling van het kondensaat.

1.1Geometrieparameters.

De geometrie van de pijpen is een driehoekssteek op 15/16 inch:

De doorsnedeverhouding a wordt gegeven door:

De langsdoorsnedeverhouding .door:

Het aandeel van de IIl egell ruimte van de pijpenbundel wordt

voorge-steld door:

Cf

= 1 -

r.:

4.a.b Uitgewerkt: s1 s2 d _a a b

lf

mm mm . mm 23,8 20,6 18 1,322 1,146 0,482

1.2.Berekening van de verblijf tijd van de damp.

De inwendige doorsnede van de kondensmr is op 0,3159 m vastgesteld.

De voor de damp beschikbare ruimte is dan met verwaarlozing van het volume dat ingenomen wordt door de segmentschottena

2

TC

D. Amantel= - • ~

4

2 'TC • d_{a •} Z

4