Теплообменные аппараты (теплообменники).. Розрахункова робота з Інші. Робота № 400519

Перехід до торгівельного партнера Binance

Теплообменные аппараты (теплообменники).

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2000

Тип роботи:

Розрахункова робота

Предмет:

Інші

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Теплообменник труба в трубе для нагрева 7 т/ч 20% р-ра NaOH от 15 до 75 С конденсатом с начальной температурой 105 ºС, конечной 55 ºС Введение Теплообменные аппараты (теплообменники) применяются для осуществления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или охлаждения одного из них. В зависимости от этого теплообменные аппараты называют подогревателями или холодильниками. По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов: - поверхностные, в которых оба теплоносителя разделены стенкой,причем тепло передается через поверхность стенки; - регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячеготеплоносителя к холодному разделяется по времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника; смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей. В химической промышленности наибольшее распространение получили поверхностные теплообменники, отличающиеся разнообразием конструкций, основную группу которых представляют трубчатые теплообменники, такие как: кожухотрубные, оросительные, погруженные и "труба в трубе". Теплообменник "труба в трубе" включают несколько расположенных друг над другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы большего диаметра и концентрически расположенной внутри нее трубы меньшего диаметра. Внутренне трубы элементов соединены друг с другом последовательно; так же связаны между собой наружные трубы. Для возможности очистки внутренне трубы соединяются при помощи съемных калачей. Благодаря небольшому поперечному сечению в этих теплообменниках легко достигаются высокие скорости теплоносителей в как в трубах, так и в межтрубном пространстве. При значительных количествах теплоносителей теплообменник составляют из нескольких параллельных секций, присоединяемых к общим коллекторам. Преимущества теплообменников "труба в трубе": - высокий коэффициент теплопередачи в следствии большой скоростиобоих теплоносителей; - простота изготовления. Недостатки этих теплообменников: - громоздкость; - высокая стоимость ввиду большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене; - трудность очистки межтрубного пространства. Теплообменники "труба в трубе" могут использоваться, как для нагревания, так и для охлаждения. Нагревание обычно производится или горячей водой или насыщенным водяным паром, который запускается в межтрубное пространство и конденсируется на поверхности внутренней трубы. Использование водяного пара в качестве греющего агента имеет следующие достоинства: - высокий коэффициент теплоотдачи; - большое количество тепла, выделяемое при конденсации пара; - равномерность обогрева, так как конденсация пара происходит при постоянной температуре; - легкое регулирование обогрева. При охлаждении в теплообменниках "труба в трубе" в качестве хла-доагента может использоваться речная или артезианская вода, а в случае, когда требуется получить температуру ниже 5-20°С применяют холодильные рассолы (водные растворы СаС12, NaCl, и др.). 1. Технологическая схема EMBED KompasFRWFile Рис. 1 Теплообменник «труба в трубе». Технологическая схема. Керосин, из расходной емкости РЕ, с помощью центробежного насоса Н подается в трубное пространство элемента Э теплообменника «труба в трубе». В межтрубное пространство теплообменника подается греющий пар, который конденсируется на наружной поверхности внутренних труб и в виде пленки конденсата стекает вниз и сбрасывается в линию конденсата. Раствор подогретый за счет теплоты конденсации греющего пара самотеком поступает в приемную емкость. 2. Выбор конструкционного материала Так как водный раствор NaОН является коррозионно-активным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632–72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до температуры 600 С. 3. Материальный и тепловой расчет 3.1. Температурный режим аппарата Принимаем противоточную схему движения теплоносителей GhbПар поступает в межтрубное пространство, а раствор двигается по внутренней трубе tк t2к t2н t F tм tб Рис. 2 Схема движения теплоносителей 3.2. Средняя разность температур Δtм = t1н – t2к = 105 – 75 = 30 ºС Δtб = t1к – t2н = 55 – 15 = 40 ºС Так как отношение Δtб/Δtм = 40/30 = 1,3 < 2, то Δtср = (Δtб + Δtм)/2= (40 + 30)/2 = 35 ºС Средняя температура конденсата: t1ср = (t1н + t1к)/2 = (105+55)/2 = 80 ºС Средняя температура раствора: t2ср = t1ср – tcр = 80 – 35 = 45 С. 3.3. Тепловая нагрузка аппарата: Q = 1,05G2c2(t2н - t2к), где с2= 3,61 кДж/кг∙К – теплоемкость раствора [1 c.248] G2- массовый расход раствора. 1,05 – коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду. G2 = 7000/3600 = 1,94 кг/с, Q = 1,051,94∙3,61(75 - 15) = 441,2 кВт. 3.4. Расход конденсата: G1= Q/с1(t1н - t1к), где с1 = 4,19 кДж/кг·К – теплоемкость воды при 80 ºС [1c.537]. G1 = 441,2/4,19(105-55) = 2,11 кг/с. 3.5. Выбор основных конструктивных размеров аппарата Принимаем, что аппарат изготовленный из труб 484 (внутренняя труба) и 764 (наружная труба)[2c. 61]. EMBED KompasFRWFile Рис. 3 Теплообменный элемент. Оптимальные условия теплообмена возможны при турбулентном режиме движения (Re > 10000). Поэтому скорость раствора в трубах должна быть больше w’2: w’2 = Re22 / (dвн2) = 100002,2910-3/(0,0401205) = 0,48 м/с где 2 = 2,2910-3 Пас – вязкость раствора [1 c.516], 2 = 1205 кг/м3 – плотность раствора [1c.512] d2 = 0,040 – внутренний диаметр трубы. Число параллельно работающих труб 484: n` = G2/0,785dвн2w`22 = 1,94/0,7850,04020,481205= 2,67 Для обеспечения устойчивого турбулентного режима движения воды принимаем n` = 2, тогда фактическая скорость раствора будет равна: w2 = G2/0,785dвн2n`22 = 1,94/0,7850,040221205= 0,64 м/с. Критерий Рейнольдса для раствора: Re2 = w2d22/2 = 0,640,0401205/2,2910-3 = 13490, режим движения – турбулентный Коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору Критерий Нуссельта: Nu2 = 0,023Re20,8Pr20,4(Pr2/Pr2ст)0,25 Критерий Прандтля Pr2 = с/ = 3,612,29/0,677 = 12,2  = 0,677 Вт/мК – коэффициент теплопроводности [3c.55] Примем в первом приближении (Pr2/Pr2ст)0,25 = 1, тогда Nu2 = 0,023134900,812,20,4 = 126,0 2 = Nu22/dвн = 126,00,677/0,040 =2132 Вт/(м2K) 3.6. Коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке Скорость воды в межтрубном пространстве w1 = G1/[10,785(Dвн2 – dн2)n] = = 2,11/9720,785(0,0682 – 0,0482)2 = 0,60 м/с, где 1 = 972 кг/м3 – плотность воды при 80 С [1c. 537], Dвн = 0,068 м – внутренний диаметр большой трубы, dн = 0,048 м – наружный диаметр малой трубы. Критерий Рейнольдса для воды: Re1 = w1dэ1/1, где 1 = 0,35510-3 – вязкость воды при 80 С [1c. 537], dэ – эквивалентный диаметр межтрубного пространства. dэ = Dвн–dн = 0,068 – 0,048 = 0,020 м Re1 = 0,600,020972/0,35510-3 = 32636 Режим движения – турбулентный. Критерий Нуссельта: Nu1 = 0,023Re10,8Pr10,4(Pr1/Pr1ст)0,25 Критерий Прандтля для воды Pr1 = 2,21 [1c. 537] Примем в первом приближении (Pr1/Pr1ст)0,25 = 1, тогда Nu1 = 0,023326360,82,210,4 = 129,0 1 = Nu11/dэ = 129,00,675/0,020 =4352 Вт/(м2K) где 1=0,675 Вт/(мK) – теплопроводность воды при 80 С [1c. 537] 3.9. Тепловое сопротивление стенки EMBED Equation.3 где  = 0,004 м – толщина стенки cт = 17,5 Вт/(мК) – теплопроводность нерж. стали [1c. 529] r1=r2=1/5800 мК/Вт – тепловое сопротивление загрязнений [1c. 531] EMBED Equation.3 = (0,004/17,5) + (1/5800) + (1/5800) = 5,7310-4 мК/Вт 3.10 Коэффициент теплопередачи EMBED Equation.3 К = 1/(1/2132+ 5,7310-4 + 1/4352) = 786 Вт/(м2К) Температура стенок Со стороны раствора tст2 = t2+ tср/2= 45,0 + 78635,0/2132 = 57,9 С,–tttt Prст2= 9,6  1ут =2132(12,2/9,6)0,25 =2263 Вт/(м2К). Со стороны воды: tст1 = t1 – Ktср/1 = 80,0 – 78635,0/4352 = 73,7 С,–tttt 1 = 4352(2,21/2,43)0,25 = 4250 Вт/(м2К). 3.12 Уточненный расчет коэффициента теплопередачи K = 1/(1/2263 + 5,7310-4+1/4250) = 800 Вт/(м2К) Проверяем температуру стенки tст1 = t1 – Ktср/1 = 80,0 – 80035,0/4250 = 73,4 С –tttt tст2 = t2 – Ktср/2 = 45,0+ 80035,0/2263 = 57,4 С Полученные значения близки к ранее принятым и дальнейшего уточнения не требуется 3.13. Поверхность теплообмена F = Q/( Ktср) =441,2103/(80035,0) =15,75 м2 3.14. Выбор стандартного аппарата По ГОСТ 8930-78 [2c. 61] выбираем стандартные неразборные элементы длиной 6,0 м, для которых поверхность теплообмена равна 0,90 м2, тогда число элементов в одном ряду составит: N = F/(nF1) =15,75/(20,90) = 8,75 принимаем N = 9 4. Гидравлический расчет 4.1. Коэффициент трения раствора трубах Скорость раствора в трубах: w2 = 0,64 м/с Относительная шероховатость: e2 = /dвн = 0,0002/0,040 = 0,0050 где  = 0,0002 м – шероховатость труб [2c. 14] Коэффициент трения. Так как выполняется условие: 10/е2 = 10/0,005 =2000 < Re2 < 560/e2 = 560/0,005 = 112000 то коэффициент трения будет равен: 2 = 0,11(е2 + 68/Re2)0,25 = 0,11(0,005 + 68/13490)0,25 = 0,035 4.2. Сумма местных сопротивлений  = 1 + 2 + 43 = 0,5 + 1,0 + 80,154 = 2,73 где 1 = 0,5 – вход в трубу [2c.14] 2 = 1,0 – выход из трубы 3 = АВ = 1,40,11 = 0,154 – отвод круглого сечения 4.3. Гидравлическое сопротивление трубного пространства EMBED Equation.3 = (0,0356·9/0,040 + 2,73)12050,642/2 =12334 Па Подбор насоса Требуемый напор насоса Н = Р/(g) =12334/(12059,8) = 1,04 м Объемный секундный расход Q = G/ = 1,94/1205= 0,0016 м3/с По этим двум величинам выбираем центробежный насос Х8/30, для которого производительность Q = 2,410-3 м3/с, напор Н = 17 м [2c. 38]. 4.5. Коэффициент трения для воды в межтрубном пространстве Скорость воды в межтрубном пространстве w1= 0,60 м/с Относительная шероховатость: e1= /dэ = 0,0002/0,020 = 0,0100. Так как выполняется условие: 10/е1 = 10/0,010 = 1000 < Re1 < 560/e1 = 560/0,0100 = 56000, то коэффициент трения будет равен: 1 = 0,11(е1 + 68/Re1)0,25 = 0,11(0,0100 + 68/32636)0,25 = 0,036 4.6. Сумма местных сопротивлений  =9(1 + 2) = 13,5 где 1 = 0,5 – вход в трубу [2c.14] 2 = 1,0 – выход из трубы 4.7. Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства EMBED Equation.3 = (0,0366·9/0,020 + 13,5)9720,602/2 =19368 Па 4.8. Подбор насоса Требуемый напор насоса Н = Р/(g) = 19368/(9729,8) = 2,0 м Объемный секундный расход Q = G /  = 2,11/972 = 2,1710-3 м3/с По этим двум величинам выбираем центробежный насос Х8/30, для которого производительность Q = 2,410-3 м3/с, напор Н = 17 м [2c. 38] Конструктивный расчет 5.1. Соединение элементов Соединение элементов между собой осуществляется с помощью калачей радиусом 100 мм изогнутых на 180. Фланцы Калачи и внутренне трубы снабжены плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже: EMBED KompasFRWFile Опоры Теплообменник крепится на сварном каркасе изготовленных из уголка №5. Теплообменные элементы к опоре крепятся болтами с помощью хомутов EMBED KompasFRWFile Литература Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курс процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И.Дытнерского. М.:Химия, 1983. 272 с. 3. Теплофизические свойства газов, растворителей и растворов солей. Спра- вочник /Сост. Е.М.Шадрина и др. Иваново. 2004.

Розрахункова робота Інші

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись