Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 31
«Расчет теплообменного аппарата»
Содержание
1. Введение 2. Цели и задачи работы 3. Расчёт нормализованного теплообменного аппарата: 4. Выводы 5. Список использованной литературы Введение
Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решётками 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 её 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 tн
= 17 °С. Примем конечную температуру охлаждающей воды, равной 40 °С. Выпишем основные физико-химические параметры теплоносителей при давлении P = 1,013·10 tконд
= 46,3 rконд
= 349,5·10 ρконд. СУ
=1290 кг/м Своды
=4,185·103 Дж/(кг·К) – теплоёмкость воды; Cконд
=984,65 Дж/(кг·К)
– теплоёмкость конденсата сероуглерода; μводы
=0,818·10-3 Па·с
; ρводы
=995 кг/м3
; Тогда температурная схема: Δtcp
Предварительный расчёт:
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. G= CВ
=4,185·103 Дж/(кг·К)
– теплоёмкость воды; Тн=17+273=290 К; Тк=40+273=313 К. 3). Поскольку расчёт теплообменного аппарата – предварительный, то коэффициент теплопередачи можно принять, например, равным 500 (из допустимого интервала 300 Принимая число Рейнольдса равным 15000 (что соответствует развитому турбулентному режиму течения), определим отношение числа труб к числу ходов n
/
z
для конденсатора из труб 25 4). Поверочный расчёт 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
. Найдём 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 её поверхности. Рассчитаем указанные величины: Коэффициент теплоотдачи со стороны воды: можно принять Pr= d
=
2,1·10-2 м
; Тогда: Для расчета коэффициента теплоотдачи пара, конденсирующегося на пучке горизонтальных труб в конденсаторе, воспользуемся следующей расчетной формулой: λ=
0,1628 Вт/(м·К)
– теплопроводность конденсата сероуглерода; ρ
=1290 кг/м 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: Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна: Тогда коэффициент теплопередачи будет равен: Расчетная поверхность теплообмена составит: В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет: Такой запас достаточен. Выводы:
Для данного процесса (конденсации) подошёл 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
Расход охлаждающей воды 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.
|