Курсовая работа
«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 Па;
tн
= 17 °С.
Расчёт 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
= 349,5·10 Дж/кг
- удельная теплота конденсации сероуглерода;
ρконд. СУ
=1290 кг/м
- плотность конденсированного СS2 при 46,3 °С;
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:
 46,3 46,3
  17 40
 tб
=29,3 tм
=6,3
Δtcp
 °С; - средне-логарифмическая разность температур.
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.
 , где:
G= кг/с;
CВ
=4,185·103 Дж/(кг·К)
– теплоёмкость воды;
Тн=17+273=290 К; Тк=40+273=313 К.
 кг/с;
3). Поскольку расчёт теплообменного аппарата – предварительный, то коэффициент теплопередачи можно принять, например, равным 500 (из допустимого интервала 300 800, 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 25 2 мм
 .
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:
 , 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) 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
 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.
|
