- •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.
8.Выбор типа рассчитанного двухходового теплообменника.
Поверхностная плотность теплового потока равна:
где
К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К);
Δtср – средняя разность температур, К.
q:= 562ˑ57,7
q=32427,4 Вт/м2.
Температура стенки со стороны паров бензола равна:
где
t1 – температура конденсации паров бензола, 0С;
q – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2;
α1 – коэффициент теплоотдачи от паров бензола, Вт/(м2·К).
tст1:=80,2 -32427,4
1184
tст.1=520С.
Температура стенки со стороны воды равна:
где
t2 – средняя температура воды, 0С;
q – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2;
α2 – коэффициент теплоотдачи к воде, Вт/(м2·К).
tст2:= 22,5+32427,4
1763
tст.2=400С.
Определим температуру наружной поверхности труб:
tтн:= tст1- q
rзагр1
где
tст.1 – температура стенки со стороны паров бензола, 0С;
q – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2;
rзагр.1 – термическое сопротивление загрязнений со стороны паров бензола, Вт/(м2·К).
tтн:=52-32427,4
11600
tт.н.=49,20С.
Определим температуру внутренней поверхности труб:
tтв:= tст2+ q
rзагр2
где
tст.2 – температура стенки со стороны воды, 0С;
q – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2;
rзагр.2 – термическое сопротивление загрязнений со стороны воды, Вт/(м2·К).
tт.в.=45,60С.
Средняя температура стенок труб:
tт=0.5·(49.2+45.6)=47.4 К
Средняя разность ( tк - tт )=(80,2 – 47,4)=32,8 К. Величина ( tк - tт ) не больше 40 К (по табл. XXXV стр. 534 [2]), поэтому принимаем аппарат типа ТН.
9.Составление схемы процесса теплопередачи.
Схема процесса теплопередачи представлена на рис.3
Пары бензола Вода
t1 = 80,2°С t2 = 22,5°С
tст.2 = 40°С
tст.1 = 52°С q = 32427,4 Вт/м2
α1 = 1184 Вт/(м2·К) α2 = 1763 Вт/(м2·К)
δ
τзагр.1 τзагр.2
Рис.3
10. Расчёт гидравлического сопротивления.
Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубчатого теплообменника проводим по формулам приведенным ниже.
Скорость воды в трубах равна:
где
Gтр – расход воды, кг/с;
n - общее число труб;
z - число ходов по трубному пространству;
d - внутренний диаметр труб, м;
ρтр - плотность воды при средней температуре tср=22,5ºС, кг/м3. По табл. XXXIX стр. 537 [2] ρ2=997,5 кг/м3.
ωтр:= 4ˑ15,79ˑ2_________
3,14ˑ0,0212ˑ240ˑ997,5
ωтр=0,381 м/с.
Коэффициент трения при Reтр>2300 можно определить по формуле:
где
е=Δ/d – относительная шероховатость труб;
Δ – высота выступов шероховатостей ( в расчетах можно принять
Δ=0,2·10-3 м);
d – внутренний диаметр труб, м;
Reтр – критерий Рейнольдса для воды
λ:=0,25ˑ [lg[0,2ˑ10-3/0,021ˑ3,7+(6,81/8392)0,9]]-2
λ=0,044.
Скорость воды в трубном штуцере определяется по формуле:
где
G2 – расход воды, кг/с;
ρ2 - плотность воды при средней температуре tср=22,5ºС, кг/м3. По табл. XXXIX стр. 537 [2] ρ2=997,5 кг/м3;
dтр.ш – диаметр трубного штуцера, м. По табл. II.8 стр. 27 [4] dш=150мм.
ωтрш:= 4ˑ15,79________
3,14ˑ0,152ˑ997,5
ωтр.ш=0,8963 м/с.
В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, один поворот на 180º и по два раза вход в трубы и выход из них.
Гидравлическое сопротивление трубного пространства определим по формуле:
где
λ – коэффициент трения;
L – длина труб, м;
z - число ходов по трубному пространству;
d - внутренний диаметр труб, м;
ρтр - плотность воды при средней температуре tср=22,5ºС, кг/м3. По табл. XXXIX стр. 537 [2] ρтр=997,5 кг/м3;
ωтр – скорость воды в трубе, м/с;
ωтр.ш – скорость воды в трубном штуцере, м/с.
Δpтр:=[(0,044ˑ2ˑ2)/0,021ˑ((0,381)2ˑ997,5)/2]+[2,5ˑ(2-1)+2ˑ2]ˑ(997,5ˑ(0,381)2)/2+3ˑ(997,5ˑ(0,8963)2)/2
Δpтр=2279Па
Число рядов труб, соприкасающихся с парами бензола в межтрубном пространстве m≈√240=15,5; округлим в большую сторону: m≈16. Число сегментных перегородок х=4 (по табл. II.9 стр. 27 [4]). Диаметр штуцеров к кожуху dмтр.ш=0,2 м, скорость паров бензола в штуцерах определим по формуле:
где
G1 – расход паров бензола, кг/c;
ρмтр – плотность паров бензола в межтрубном пространстве при температуре конденсации tконд=80,2ºС,. кг/м3 . По табл. IV стр. 512 [2] ρ1=815 кг/м3;
dмтрш – диаметр межтрубного штуцера, м. По табл. II.8 стр. 27 [4] dмтрш=0,2 м.
ωмтрш:= 4ˑ2,52_______
3,14ˑ(0,2)2ˑ815
ωмтр.ш=0,0987 м/c.
Скорость паров бензола в наиболее узком сечении межтрубного пространства площадью Sмтр=0,04 м2 (по табл. II.3 стр. 25 [4]), равна:
где
G1 – расход паров бензола, кг/c;
ρмтр – плотность паров бензола в межтрубном пространстве при температуре конденсации tконд=80,2ºС,. кг/м3 . По табл. IV стр. 512 [2] ρ1=815 кг/м3;
Sмтр – площадь наиболее узкого сечение межтрубного пространства, м2.
ωмтр:= 2,52_______
0,04ˑ815
ωмтр=0,077 м/c.
В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход паров бензола через штуцера, 4 поворота через сегментные перегородки (по их числу х=4) и 5 сопротивлений трубного пучка при его поперечном обтекании (х+1).
Сопротивление межтрубного пространства равно:
где
х – число сегментных перегородок. По табл. II.9 стр. 27 [4] х=4;
m – число рядов труб, преодолеваемых потоком теплоносителя в межтрубном пространстве, m≈16;
Reмтр – критерий Рейнольдса для паров бензола;
ρмтр – плотность паров бензола в межтрубном пространстве при температуре конденсации tконд=80,2ºС,. кг/м3 . По табл. IV стр. 512 [2] ρ1=815 кг/м3;
ωмтр – скорость паров бензола в наиболее узком сечении межтрубного пространства, м/c;
ωмтр.ш - скорость паров бензола в штуцерах, м/c.
Δpмтр:= 3ˑ16ˑ(4+1) ˑ 815ˑ(0,077)2 +4ˑ1,5ˑ 815ˑ(0,077)2 +3ˑ815ˑ(0,0987)2
(4384)0,2 2 2 2
Δpмтр=134,789Па