Растче теплообменника

Задание:

В трубном пространстве кипятильника при атмосферном давлении испаряется  G, кг/ч рабочей среды. Насыщенный водяной пар конденсируется в межтрубном пространстве на наружной поверхности труб при абсолютном давлении Р, Па. Определить необходимую поверхность теплопередачи и расход греющего пара. Подобрать нормализованный теплообменный аппарат.

1. Рабочая среда – бензол
2. Согласно вариантам из таблицы 1

Таблица 1 – Известные данные

G∙10-3, кг/ч	Р∙10-5, Па
7.0	1.6

 

3. Согласно справочным данным [ 1]

Таблица 2 –Физические свойства насыщенного водяного пара

Т1, 0С	µ1, Па∙с	ρ1, кг/м3	r1, Дж/кг	λ1, Вт/(м∙К)	Р, кгс/см2
113.2	0.000245	0.898	2227000	0.65	1.63

 

Таблица 3 – Физические свойства бензола

Т2, 0С	µ2, Па∙с	ρ2, кг/м3	r2, Дж/кг	λ2, Вт/(м∙К)	С2, Дж/(кг∙К)	σ2∙103, Н/м	G, кг/c
80.2	0.000316	815	393850	0.174	1969.3	21.3	1.94

 

 

Содержание

Введение             4

1. Технологический расчёт оборудования     5

1.1 Приближённый  расчёт       5

1.2 Уточнённый  расчёт        6

2. Выбор теплообменного аппарата      10

Заключение           12

Список использованной литературы       13

 

Введение 

Кожухотрубчатые теплообменные  аппараты могут использоваться в  качестве теплообменников, холодильников, испарителей и конденсаторов.  Теплообменники предназначены для  нагрева и охлаждения. [2]

В зависимости от способа  передачи тепла  различают две  основные группы теплообменников:

1. Поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена.
2. Теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении.

В химической технологии применяются теплообменники, изготовленные из самых различных металлов (углеродистых и легированных сталей, меди, титана, тантала и др.), а также из неметаллических материалов, например графита, тефлона и др. Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью и теплопроводностью, причем конструкция теплообменного аппарата существенно зависит от свойств выбранного материала.

Конструкции теплообменников  должны отличаться простотой, удобством монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна обеспечивать возможно меньшее загрязнение поверхности теплообмена и быть легко доступной для осмотра и очистки.[3]

 

 

1. Технологический расчёт оборудования

1. Приближенный расчёт испарителя

Тепловую нагрузку рассчитаем по формуле (1)

,       (1)

где D – расход рабочей среды, ;

       r₂ – теплота парообразования бензола, .

 

Расход греющего пара вычислим по формуле (2)

      (2)

где r₁ – теплота конденсации насыщенного водяного пара, .

 

Среднюю разность температур найдём по формуле (3)

ΔT_ср=T₁ – T₂ ,     (3)

где Т₁ – температура конденсации насыщенного водяного пара, ⁰С;

       Т₂ – температура кипения бензола, ⁰С. 

ΔT_ср=113.2 – 80.2= 33⁰С

В соответствии с табличными данными примем ориентировочное  значение коэффициента теплопередачи [2]

К_ор= 500 Вт/(м²∙К)

Тогда ориентировочное  значение требуемой поверхности  теплообмена рассчитаем по формуле (4)

 

 

В соответствии со справочными  данными, поверхность, близкую к  ориентировочной, может иметь испаритель: [2]

• D_кожуха = 600 мм;
• d_труб = 252 мм;
• n = 257;
• l = 2м;
• F = 40 м².

2. Уточнённый расчёт испарителя

Коэффициент теплопередачи  от пара, конденсирующегося на наружной поверхности, определяется по формуле (5)

 

где - коэффициент теплопроводности насыщенного водяного

пара,

ρ₁- плотность насыщенного пара, ;

µ₁ -  динамическая вязкость водяного насыщенного пара, Па∙с;

q - тепловая нагрузка,

H – высота трубы, м.

Коэффициент теплопередачи  к кипящей в трубах жидкости определяется по формуле (6)

 

где  коэффициент теплопроводности бензола,

ρ₂- плотность бензола, ;

ρ_п – плотность паров над кипящей жидкостью, ;

ρ_п0 – плотность паров при атмосферном давлении, ;

σ₂ – поверхностное натяжение, ;

r₂ – теплота парообразования бензола, ;

С₂ – теплоёмкость бензола,

µ₁ -  динамическая вязкость бензола, Па∙с.

Из основного уравнения  теплопередачи (7) и уравнения для  коэффициента теплопередачи (8) следует  уравнение (9)

q= (T₁ – T₂)∙F = ΔT_ср∙F      (7)

 

 

где  – толщина трубы, м.

Ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки рассчитаем по формуле (10)

 

 

Коэффициент А определим  по формуле (11)

 

 

Коэффициент В вычислим по формуле (12)

 

 

 

Сумму термических сопротивлений  стенки и загрязнений найдём по формуле (13)

 

где δ_ст – толщина стальной трубы, м;

r_з – теплопроводность загрязнения стенок,

λ_ст – коэффициент теплопроводности стали,

 

Подставляя в уравнение (9) формулы (5) и (6) получим уравнение  относительно неизвестного удельного  теплового потока (14)

 

 

Примем значение q₂=40000. Тогда получим значение F(q₂)

 

Значение q₃ рассчитаем по формуле (15)

 

 

Следовательно, получим  значение

 

Тогда поверхность теплообмена  вычислим по формуле (16)

 

 

 

2    Выбор  теплообменного аппарата

Используя каталог теплообменных  аппаратов, был выбран теплообменный аппарат – испаритель типа ИП [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

1 — кожух испарителя;

2— пучок трубный U-образный;

3 — стяжка;

4 — решетка трубная; 

5 — крышка распределительной  камеры;

6 — опора;

Ду 200 мм — для монтажа пучка;

Ду 40 мм — для регулятора уровня;

Ду4 — выход остатка продукта;

Ду 50 — дренаж; Ду3 — вход жидкого  продукта;

Ду2 — выход пара или жидкости;

Ду2 — вход пара или жидкости;

Ду 15 мм — для манометра;

Ду1 — выход паров продукта;

Ду 80 мм — для предохранительного клапана;

Ду50 мм — для указателя уровня.

 

Рисунок 1 –  Испаритель типа ИП

 

Заключение

В рамках данной курсовой работы осуществилось ознакомление с устройством кожухотрубчатых  теплообменных аппаратов, способами  передачи тепла от нагретых тел и  поверхностей, методами расчёта теплообменного оборудования. Также был проведён расчёт индивидуального теплообменника, рассчитана поверхность теплообмена и выбран по каталогу соответствующий теплообменный аппарат.

 

Список использованной литературы

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / Под ред. П.Г. Романкова – 10-ое издание, перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-ое издание, перераб. и доп. -  М.: Химия, 1991. - 496 с.
3. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. -  М.: Химия, 1971. - 784 с.
4. Каталог выпускаемого оборудования ОАО «УТС-Туймазыхиммаш». – 2-е изд., перераб. и доп. – Туймазы, 2002.