Расчет теплообменного аппарата


Курсовая работа

“Расчет теплообменного аппарата”

Содержание

1. Введение

2. Цели и задачи работы

3. Расчет нормализованного теплообменного аппарата:

4. Выводы

5. Список использованной литературы

Введение

Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе применяются в тех случаях, когда нет необходимости в механической очистке межтрубного пространства (очистка от осадка возможна только для трубного пространства). Поэтому в трубное пространство подают ту жидкость (воду или водные растворы), которая при нагревании или выпаривании может выделять нерастворимый осадок на стенках труб, а в межтрубное пространство подают чистую жидкость или конденсирующийся пар.

В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая – в межтрубном пространстве.

Среды обычно направляются противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, – в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении.

В данной работе используется аппарат – кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого конденсируются пары органической жидкости, а в трубном пространстве циркулирует жидкий теплоноситель (вода).

Цели и задачи работы:

Рассчитать необходимую поверхность кожухотрубчатого теплообменника, в межтрубном пространстве которого при атмосферном давлении конденсируются пары органической жидкости в количестве G кг/час. Тепло конденсата отводится водой, имеющей начальную температуру tн.

Подобрать нормализованный теплообменный аппарат.

Дано:

Аппарат – кожухотрубчатый теплообменник;

Органическая жидкость – сероуглерод;

G = 15000 кг/ч;

P = 1,03-10 Па;

Tн = 17 °С.

Расчет нормализованного теплообменного аппарата

Примем конечную температуру охлаждающей воды, равной 40 °С.

Выпишем основные физико-химические параметры теплоносителей при давлении P = 1,013-10Па :

Tконд = 46,3 С – температура конденсации сероуглерода;

Rконд = 349,5-10Дж/кг – удельная теплота конденсации сероуглерода;

ρконд. СУ =1290 кг/м – плотность конденсированного СS2 при 46,3 °С;

Своды =4,185-103 Дж/(кг-К) – теплоемкость воды;

Cконд =984,65 Дж/(кг-К) – теплоемкость конденсата сероуглерода;

μводы =0,818-10-3 Па-с ;

ρводы =995 кг/м3 ;

Тогда температурная схема:

46,3 46,3

17 40

Tб =29,3 Tм =6,3

Δtcp °С; – средне-логарифмическая разность температур.

Предварительный расчет:

1). Тепловые потери направлены на добавочное охлаждение конденсирующегося сероуглерода, поэтому нет необходимости в теплоизоляции аппарата. Примем потери тепла в окружающую среду, равными 4% от общей тепловой нагрузки на аппарат Q:

Q пот.= 0,04- Q ;

Тогда тепловая нагрузка аппарата (количество тепла, которое определяет поверхность теплообмена, и которое необходимо отводить при помощи воды):

Q = G – r конд.- Q пот =;

2). Расход охлаждающей воды определим из уравнения теплового баланса.

, где:

G= кг/с;

CВ =4,185-103 Дж/(кг-К) – теплоемкость воды;

Тн=17+273=290 К; Тк=40+273=313 К.

Кг/с;

3). Поскольку расчет теплообменного аппарата – предварительный, то коэффициент теплопередачи можно принять, например, равным 500 (из допустимого интервала 300800, при теплопередаче от конденсирующегося пара орг. жидкостей к воде, при вынужденном движении), тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена будет равно:

М2 ;

Принимая число Рейнольдса равным 15000 (что соответствует развитому турбулентному режиму течения), определим отношение числа труб к числу ходов n / z для конденсатора из труб 252 мм

.

4). Поверочный расчет теплообменного аппарата

По справочной таблице (согласно ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79 ) выбираем кожухотрубчатый испаритель, с поверхностью теплообмена и отношением n / z, близкими к рассчитанным предварительно.

Таким теплообменным аппаратом будет являться конденсатор с площадью теплообмена, равной 190 м2 , и отношением n / z =404/4=101. Длина труб составляет 6 м, число ходов – 4, число труб – 404 шт, диаметр кожуха D=0,8 м.

Найдем действительное число Рейнольдса:

Рассчитаем точное значение коэффициента теплопередачи. Для этого необходимо знать коэффициенты теплоотдачи со стороны пара сероуглерода, и со стороны охлаждающей воды, а также значения термических сопротивлений стенки трубы и загрязнений ее поверхности. Рассчитаем указанные величины:

;

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

, где

Можно принять , поскольку нагревается вода в трубах;

Pr= – критерий Прандтля;

D = 2,1-10-2 м ;

Тогда:

.

Для расчета коэффициента теплоотдачи пара, конденсирующегося на пучке горизонтальных труб в конденсаторе, воспользуемся следующей расчетной формулой:

, где

, при n >100;

λ= 0,1628 Вт/(м-К) – теплопроводность конденсата сероуглерода;

ρ =1290 кг/м – плотность конденсата СS2;

N = 404 – число труб:

L =6 м – длина труб;

μ =0,28-10-3 Па-с – вязкость конденсата;

G = 4,167 кг/с – массовый расход конденсирующегося пара;

Тогда:

Вт/(м2-К) .

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

М2-К/Вт, где

Вт/(м2-К) – тепловая проводимость загрязнений стенки трубы для воды среднего качества.

Вт/(м2-К) – тепловая проводимость загрязнений стенки трубы для паров органических жидкостей.

Тогда коэффициент теплопередачи будет равен:

.

Расчетная поверхность теплообмена составит:

М2 .

В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет:

Такой запас достаточен.

Выводы:

Для данного процесса (конденсации) подошел кожухотрубчатый конденсатор с диаметром кожуха D = 800 мм, диаметром труб d = 25 x 2 мм, Числом ходов z = 4, общим числом труб n = 404 шт., поверхностью теплообмена F = 190 при длине труб Н = 6,0 м. Запас поверхности теплообмена достаточен и составляет .

Расход охлаждающей воды = 14,52 кг/с. Масса конденсатора – не более 5360 кг.

Список использованной литературы:

1). Касаткин А. Г. “Основные процессы и аппараты химической технологии”. М. Химия. 1971г.

2). Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. “Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии”. Л. Химия. 1981г.

3). Борисов Г. С., Брыков В. П., Дытнерский Ю. И. “Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию”. М. Химия. 1991г.



Зараз ви читаєте: Расчет теплообменного аппарата