Расчетно-графическая работа - Расчет теплообменника - файл n1.docx

приобрести
Расчетно-графическая работа - Расчет теплообменника
скачать (132.4 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx133kb.10.09.2012 15:48скачать

n1.docx




Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Расчетно-графическая работа

«Расчет теплообменника»

Вариант № 4

Разработал студент гр.________________________________/___________/

Проверил преподаватель _______________________________/____________/

Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Разраб.

Провер.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Лит.

Листов

Содержание


Задание на расчетно-графическую работу…………………………………..

3

  1. Общая часть……………………..………………………………………

4

  1. Расчет первого варианта……………………………………………….

5

  1. Расчет второго варианта………………….……………………………

7

Список литературы……………………………………………………………

11



Задание на расчетно-графическую работу
Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Выбрать тип, рассчитать и подобрать конструкцию теплообменника для подогрева 2,4 кг/с уксусной кислоты от температуры 200С до 800С. Для подогрева использовать насыщенный греющий пар с давлением 0,7 МПа.

  1. Общая часть

Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

4

Принимаем для межтрубного пространства индекс «1», для трубного – «2».

Температура конденсации водяного пара tконд = 164,90С [1, табл. LVII].

Температурная схема:

164,9 – 164,9

20 80

tб = 144,9 ∆tм = 84,9

Средняя разность температур:



Средняя температура уксусной кислоты:

t2 = t1 - ∆tср = 164,9 – 113,2  520С

Расход уксусной кислоты:

G2 = 2,4 кг/с;

V2 = G2/?2 = 2,4/1013,2 = 0,0024 м3/с;

?2 = 1013,2 кг/ м3 – плотность уксусной кислоты при 520С [1, табл. IV].

Расход теплоты на нагрев уксусной кислоты:

Q = G2c2(t – t) = 2,4 . 2149,47 . (80 - 20) = 309 524 Вт,

где c2 = 2149,47 Дж/кг.К – средняя удельная теплоемкость уксусной кислоты (рис. XI [1]).

Расход сухого греющего пара с учетом 7% потерь теплоты:

кг/с,

где r = 2072,55 кДж/кг – удельная теплота конденсации водяного пара [1, LVII].

Для ориентировочного определения максимальной поверхности теплообмена необходимо задаться коэффициентом теплопередачи. Согласно табл. 4.8 [1] минимальное значение этого коэффициента, характеризующее теплообмен между конденсирующимся водяным паром и органической жидкостью (уксусной кислоты), составляет Kмин = 120 Вт/(м2·К).


Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

5

2.Расчет первого варианта (Re2 > 10 000 – турбулентное течение уксусной кислоты в трубном пространстве).

Для обеспечения турбулентного течения уксусной кислоты при Re2 > 10 000 скорость в трубах должна быть больше ?'2:

,

где ?2 = 0,772 . 10-3 Па . с – динамический коэффициент вязкости уксусной кислоты при 520С [1, табл.IX]. Для расчетов можно выбрать трубы диаметром 25Ч2 мм. Тогда внутренний диаметр труб равен: d= 25  2 · 2 = 21 мм.

Число труб 25 x 2 мм, обеспечивающих объемный расход уксусной кислоты при Re2 = 10 000:



Условию n < 19,26 и F < 23 м2 удовлетворяет [1, табл. 4.12] одноходовой кожухотрубчатый аппарат с диаметром кожуха 159 мм, числом труб n = 13.

  1. Коэффициент теплоотдачи уксусной кислоты

Уточняем величину критерия Re2:

Re2 = 10000(n'/n) = 10000(19,26/13) = 14 815

Критерий Прандтля для уксусной кислоты при 520С:

Pr2 = c2?2/?2 = 2149,47 . 0,772 . 10-3 / 0,174 = 9,5

?2 = 0,174 Вт/(м.К) – коэффициент теплопроводности уксусной кислоты при 520С [1, рис.X].



Для расчетов можно приближенно принять (Pr2/Prст.2)0,25  = 1,2;

?2 = ?2/d2 = 143,85 . 0,174/0,021 = 1191,9 Вт/(м2 . К)


  1. Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб.

Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

6

Для расчета величины коэффициента теплоотдачи ?1, Вт/(м2·К) при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб следует воспользоваться формулой:



В нашем случае известно G1 = 0,16 кг/с и n = 13. Поэтому используем зависимость ?1 = f (n, L, G).



где ? = 0,8 – коэффициент, зависящий от расположения труб (для шахматного расположения труб в пучке и при числе рядов труб по вертикали nв = 5) [1, табл. 4.12, рис.4.7]; Bt = 1155. Задаемся длиной труб L = 3 м.

Коэффициент теплопередачи K, Вт/(м2·К) определяется по выражению:



где ?rст – полное тепловое сопротивление стенки с учетом ее поверхностных загрязнений со стороны водяного пара и нагреваемой жидкости, (м2·К)/Вт. Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара

1 / rзагр.1  5800 Вт/(м2·К), со стороны уксусной кислоты – 1 / rзагр.2  5800 Вт/(м2·К) [1, табл.XXXI]. Коэффициент теплопроводности стали ?ст = 46,5 Вт/(м·К) [1, табл.XXVIII], тогда:




Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

7

Поверхностная плотность теплового потока:

q = K∆tср = 762 . 113,2 = 86258,4 Вт/м2

Проверяем принятое значение (Pr2/Prст.2)0,25. Определяем

t2 = q/?2 = 86258,4/1191,9  72

tст.2 = t2 + ∆t2 = 52 + 72 = 1240C

Prст.2 = cст.2? ст.2/? ст.2 = 2472,1 . 0,352 . 10-3/0,159 = 5,47

Здесь cст.2 = 2472,1 Дж/(кг.К) [1, рис.XI], ? ст.2 = 0,352 . 10-3 Па. с [1, табл.IX], ? ст.2 = 0,159 Вт/(м·К) [1, рис.X].

Следовательно, (Pr2/Prст.2)0,25 = (9,5/5,47)0,25 = 1,148.

Было принято (Pr2/Prст.2)0,25 = 1,2. Разница ~ 4,3%. Расчет К закончен.

Расчетная площадь поверхности теплообмена:



Коэффициенты теплоотдачи ?1 = 11659,275 >> ?2 = 1191,9 Вт/(м2 . К), поэтому расчетным диаметром при определении поверхности труб следует принять d2 = 0,021 м.

Аппарат с L = 3 м имеет площадь поверхности теплообмена:

F = ?d2nL = 3,14 . 0,021 . 13 . 3 = 2,6 м2

Запас площади поверхности теплообмена:



Запас поверхности теплообмена достаточен.

Принимаем одноходовый кожухотрубчатый теплообменник с диаметром кожуха 159 мм, числом труб 13 и длиной труб L = 3 м.

3.Расчет второго варианта (Re2 < 2300 – ламинарное течение уксусной кислоты в трубном пространстве).

Для обеспечения ламинарного течения уксусной кислоты при Re2 < 2300 скорость в трубах должна быть меньше ?'2:

,
Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

8

где ?2 = 0,772 . 10-3 Па . с – динамический коэффициент вязкости уксусной кислоты при 520С [1, табл.IX]. Для расчетов можно выбрать трубы диаметром 25Ч2 мм. Тогда внутренний диаметр труб равен: d= 25  2 · 2 = 21 мм.

Число труб на один ход трубного пространства должно быть больше n:



Условию n > 83,53 и F < 23 м2 удовлетворяет [1, табл. 4.12] одноходовой кожухотрубчатый аппарат с внутренним диаметром кожуха 400 мм, числом труб n = 111, длиной труб L = 2 м.

  1. Коэффициент теплоотдачи для уксусной кислоты

Уточняем величину критерия Рейнольдса:

Re2 = 2300 (/),

Re2 = 2300 (83,53/111) = 1730,8

Находим ориентировочное значение произведение критериев (Gr2Pr2). В величину критерия Gr2, а также в выражение определяющей температуры входит величина Однако tст.2 определяется только в конце расчета, поэтому величиной t2  надо задаваться.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара значительно больше коэффициента теплоотдачи при нагреве уксусной кислоты, поэтому принимаем ориентировочно (с последующим уточнением)

разность температур:

t2 = 0,75tср = 0,75 . 113,2  850С  85 К;

определяющую температуру:

t = t2 + (?t2/2) = 52 + (85/2) = 94,50С;

температуру стенки:

tст.2 = t2 + t2 = 52 + 85 = 1370С.

Ориентировочное значение (Gr2Pr2) при 94,50С для уксусной кислоты (физические величины по табл. IV, IX, XXXII):
Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

9



Здесь

где с2 = 2178,8 Дж/(кг.К); ?2 = 0,4875·10ˉі Па·с; = 0,158 Вт/(м.К); d2 = 0,021м; ?2 = 964,325 кг/м3; ?2 = 1,216 . 10-3; g = 9,81 м/с2; t2 = 85 К.

При (Gr2Pr2) >8 . 105 и Re2 < 3500:

, ст.2 = 0,2935 . 10-3 Па.с при tст.2 = 1370C.

Таким образом,

?2 = Nu2?2/d2 = 40,38 . 0,158/0,021= 304 Вт/(м2·К).

  1. Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара



Коэффициент теплопередачи:


Уточнение принятых величин:

а) разность температур t2  по расчету:

t2  = Кtср/?2 = 267,5 . 113,2/304 = 99,60С;

б) определяющая температура:

t = t2 + (?t2/2) = 52 + (99,6/2) = 101,80С;
Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

10

в) уточнение ?2

?2 = 304(99,6/85)0,1 = 309 Вт/(м2·К);

г) уточненное значение коэффициента теплопередачи



Расчетная площадь поверхности теплообмена:



F = ? . 0,021 . 111 . 2 = 14,63 м2

Запас площади поверхности теплообмена:

.

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

Принимаем одноходовый теплообменник с внутренним диаметром кожуха 400 мм и длиной труб 2 м.

Определение tст.1 и tст.2:

t1 = q/?1 = 30790,4/20817,78 = 1,48 К = 1,480С

q = Кtср = 272 . 113,2 = 30790,4 Вт/м2

tст.1 = 164,9 – 1,48 = 163,420С

t2 = q/?2 = 30790,4/309 = 99,64 К = 99,640С

tст.2 = 51,7 + 99,64 = 151,340С.


Список литературы


  1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. М.: ООО ТИД «Альянс», 2005.

Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

11

Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и др., 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991.

Конструкция теплообменника

Изм.

Лист

докум.

Подпись

Дата

Лист

12

c:\documents and settings\admin\рабочий стол\image002 копия.jpg

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации