- •1. Введение.
- •2. Схема ректификационной установки.
- •Расчет тепловой нагрузки.
- •Определение расхода воды:
- •5. Определение средней разности температур.
- •6.Ориентировочный выбор теплообменника.
- •7.Уточненный расчет поверхности теплопередачи. Вариант1:
- •Вариант2:
- •8.Выбор типа рассчитанного двухходового теплообменника.
- •9.Составление схемы процесса теплопередачи.
- •10. Расчёт гидравлического сопротивления.
- •11.Механические расчеты основных узлов и деталей химических аппаратов.
- •11.1 Расчет толщины обечаек.
- •11.2 Расчет толщины тепловой изоляции.
- •12.Вывод.
- •13.Список литературы.
- •Нижегородский государственный технический университет
- •Пояснительная записка к курсовой работе руководитель
- •Студент
- •Задание на проектирование.
- •Содержание.
Вариант2:
В соответствии с табл. 4.12 стр. 215 [2] соотношение n/z принимаем наиболее близкое к заданному значение у теплообменника ТК и ТН с диаметром кожуха D=600 мм, диаметром труб dн=25x2 мм, числом ходов z=2 и общим числом труб n=240:
n/z=240/2=120
В зависимости от длины труб (2.0,3.0,4.0 или 6,0) эти теплообменники имеют поверхности теплопередачи 38, 57, 75 или 113 м2. Проходные сечения: Sт=4,2х10-2 м2, Sм=4,5х10-2м2.
Объемный расход паров бензола равен:
где
G1 - расход паров бензола, кг/с;
ρ1 – плотность паров бензола при температуре конденсации tконд=80,2ºС, кг/м3. По табл. IV стр. 512 ρ1=815 кг/м3 [2].
V1=2,52
815
V1=0,0031 м3/с.
Объемный расход воды равен:
где
G2 - расход воды, кг/с;
ρ2 – плотность воды при средней температуре tср=22,5ºС, кг/м3. По табл. XXXIX стр. 537 ρ2=997,5 кг/м3 [2].
V2:= 15,79
997,5
V2=0,016 м3/с.
Скорость паров бензола в межтрубном пространстве равна:
где
V1 – объемный расход паров бензола, м3/с;
S1 – проходное сечение межтрубного пространства, м2.
ω1:= 0,0031
4,5х10-2
ω1=0,068 м/с.
Скорость воды в трубном пространстве равна:
где
V2 – объемный расход воды, м3/с;
S2 – проходное сечение трубного пространства, м2.
ω2:= 0,016
4,2х10-2
ω2=0,381 м/с.
Критерий Рейнольдса для воды определим по формуле:
где
ω2 – скорость воды в трубном пространстве, м/с;
ρ2 – плотность воды при средней температуре tср=22,5ºС, кг/м3. По табл. XXXIX стр. 537 ρ2=997,5 кг/м3 [2];
μ2 – динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре tср=22,5ºС, Па·с. По табл. XXXIX стр. 537 [2] μ2=951·10-6 Па·с;
dв – внутренний диаметр трубы, м.
Re2:= 0,381ˑ0,021ˑ997,5
951·10-6
Re2=8392
Критерий Рейнольдса для паров бензола определим по формуле:
где
ω1 – скорость паров бензола в межтрубном пространстве, м/с;
ρ1 – плотность паров бензола при температуре конденсации tконд.=80,2ºС, кг/м3. По табл. IV стр. 512 [2] ρ1=815 кг/м3;
μ1 – динамический коэффициент вязкости паров бензола при температуре конденсации tконд.=80,2ºС, Па·с. По табл. IX стр. 516 [2] μ1=0,316·10-3 Па·с;
dн – наружный диаметр трубы, м.
Re1:= 0,068ˑ0,025ˑ815
0,316·10-3
Re1=4384.
Коэффициент теплоотдачи к воде определим по формуле для переходного режима (2300<Rе<10000):
где
Re – критерий Рейнольдса для воды;
Pr – критерий Прандтля для воды при средний температуре tср=22,5ºС. По табл. XXXIX стр. 537 [2] Pr=6,62;
Nu – критерий Нуссельта.
где
α2 – коэффициент теплоотдачи к воде, Вт/(м2·К);
d – внутренний диаметр труб, м;
λ2 – коэффициент теплопроводности воды при средней температуре tср=22,5ºС, Вт/(м·К). По табл. XXXIX стр. 537 [2] λ2=0,604 Вт/(м·К).
α2:=0,008ˑ0,604/0,021ˑ(8392)0,9ˑ(6,62)0,43
α2=1763 Вт/(м2·К).
Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке вертикально расположенных труб, определим по формуле:
где
λ1 – коэффициент теплопроводности паров бензола при температуре конденсации tконд=80,2ºС, Вт/(м·К). По рис. Х стр. 561 [2] λ1=0,1326 Вт/(м·К);
ρ1 – плотность паров бензола при температуре конденсации tконд=80,2ºС, кг/м3. По табл. IV стр. 512 [2] ρ1=815 кг/м3;(815)2
dн – наружный диаметр труб, м;
n – общее число труб;
G1 – расход паров бензола, кг/c;
μ1 – динамический коэффициент вязкости паров бензола при температуре конденсации tконд=80,2ºС, Па·с. По табл. IX стр. 516 [2] μ1=0,316·10-3Па·с.
α1:=3,78ˑ0,1326ˑ
α1=857 Вт/(м2·К).
Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:
где
α1 и α2 – коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя, Вт/(м2·К);
∑rст – сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, (м2·К)/Вт.
K:=____1___________
1/857+0,000372+1/1763
К=478 Вт/(м2·К).
Требуемую поверхность теплопередачи определим по формуле:
где
Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;
К – коэффициента теплопередачи, Вт/(м2·К);
Δtср - средняя разность температур, К.
F: =992132,8
478ˑ57,7
F=38 м2.
Как видно из табл. 4.12 стр. 215 [2] вертикальный теплообменник ТК и ТН с длиной труб 2,0м, поверхностью 38 м2 не подходит, так как нет запаса. В теплообменнике, расположенном горизонтально, может оказаться выше коэффициент теплоотдачи от пара, лимитирующий теплопередачу.
Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на пучке горизонтально расположенных труб, определим по формуле:
где
λ1 – коэффициент теплопроводности паров бензола при температуре конденсации tконд=80,2ºС, Вт/(м·К). По рис. Х стр. 561 [2] λ1=0,1326 Вт/(м·К);
ρ1 – плотность паров бензола при температуре конденсации tконд=80,2ºС,. кг/м3 . По табл. IV стр. 512 [2] ρ1=815 кг/м3;
n – общее число труб;
G1 – расход паров бензола, кг/c;
μ1 – динамический коэффициент вязкости паров бензола при температуре конденсации tконд=80,2ºС, Па·с. По табл. IX стр. 516 [2] μ1=0,316·10-3Па·с;
L – длина труб, м;
ε=0,6 при n>100.
α1:=2,02ˑ0,6ˑ0,1326ˑ
α1=1184 Вт/(м2·К).
При этом коэффициент теплоотдачи к воде останется тем же, а коэффициент теплопередачи увеличиться:
K:=______1_________________
1/1763+1/1184+0,000372
К=562 Вт/(м2·К).
Требуемую поверхность теплопередачи определим по формуле:
где
Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;
К – коэффициента теплопередачи, Вт/(м2·К);
Δtср - средняя разность температур, К.
F:= 992132,8
562ˑ57,7
F=38 м2.
Двухходовой теплообменник ТН и ТК с длиной труб 2,0м и поверхностью 38 м2 подходит с запасом Δ=15,2%.
Этот теплообменник лучше, чем в варианте 1, так как он короче, имеет меньшую массу и меньшее гидравлическое сопротивление вследствие меньшей суммарной длины пути жидкости по трубам.