Теплообменник

13)Критерий  Нуссельта для трубного пространства: 

                                       Nu_тр = 0.023*Re^0.8*Pr^0.4                                     (13)

                                                                                                                     [7, с.192]

                         Nu = 0.023*53995^0.8*6.203^0.4 = 249.7 

14)Коэффициент теплоотдачи смеси равен: 

                                        α = Nu* λ / d_экв                                                 (14)

                                                                                                                      [2, с.70]

                          α = 249,7* 0,168 / 0,147 = 285,4 (Вт/м²*град)                                                  

15)Пусть  диаметр кожуха Д = 0,25 м, тогда  площадь межтрубного пространства равна: 

                                        S_мт = П*Д² / 4 – 37*П*d_н² / 4                         (15)

                                                                                                                      [6, с.444]

                           S_мт = 3,14*0,25² / 4 – 37*3,14*0,022² / 4 = 0,035 (м²)                         

16)Эквивалентный  диаметр межтрубного пространства равен: 

                                        d_экв.мт =                              (16)

                                                                                                                      [6, с.445]

                            d_экв.мт = = 0,235 (м)                           

 

17)Критерий  Рейнольдса для межтрубного пространства: 

                                         Re_мт = W_в * d_экв.мт/М_в,       где                       

   М_в- вязкость воды;

   W_в – расход воды.

       

                            М_в = 0,000357(Н*сек/м²)

                        

                            W_в = G_в / S_мт = 5,556/0,035 = 158,75(кг/м²*с) 

                             Re_мт = 158,75* 0,235 / 0,000357 = 104500 

18)Критерий  Прандтля для межтрубного пространства  равен: 

                                           Pr_мт = M_в *C_в / λ_в,          где

   

   λ_в = 0,068 Вт/м*град

   C_в = 4190 Дж/кг*град 

                             Pr_мт = 0,000357 *4190 / 0,068 = 22

 

19)Критерий Нуссельта для межтрубного пространства: 

                                       Nu_мт = 1,16*( d_экв.мт*Re_мт)^0.6 * Pr_мт^0,33            (17)

                                                                                                                      [5, с.158]

                          Nu_мт = 1,16*( 0,235*104500)^0.6 * 22^0,33 = 704,64            

20)Коэффициент  теплоотдачи воды: 

                                        α₂ = Nu_мт* λ_в / d_экв.мт 

                           α₂ = 704,64* 0,068 / 0,235 = 203,896 

21)Коэффициент  теплопередачи:

                                К = ___________1_____________

      1/ α + 1/ α₂ + b/λ + r₁ * r₂             ,      где         (18)

                                                                                                                      [5, с.192]

    r₁, r₂ – коэффициенты загрязнения воды и смеси соответственно. 

                         r₁ = 0,0018 м²*град/Вт

                         r₂ = 0,0009 м²*град/Вт 

     К = ___________1______________________________ = 88,8

               1/ 285,4+ 1/ 203,896 + 0,001/17 + 0,0018 * 0,0009                                          

22)Площадь  теплообменника выводится из  формулы: 

                                         Q = K*F*                                                       (19)

                              [2, с.64]

                                        F = Q / K*

                                        

                      F = 152516/88.8*42.8 = 40.13 (м²) 

23)Длина  трубок равна: 

                                        L = F/ n*П*d_ср                                              (20)

                              [5, с.192]

                    d_ср = (d_н + d_вн) / 2

      

                    d_ср = (0,022 + 0,02) / 2 = 0,021(м) 

                          L = 40,13/ 37*3,14*0,021 = 16,45(м)                                               
 

Расчёт  теплового баланса 
 

Приход  тепла со смесью: 

Q₁ = G_см * C_см * t₁ 

Q₁ = 2.5*3050.32*40 = 305032 (Вт) 

Приход  тепла с водой: 

Q₂ = G_в*C_в*Т₁ = 5,556*4190*96 = 2234845 (Вт) 

Расход  тепла со смесью: 

Q₃ = G_см*С_см*t₂ = 3050,32*2,5*60 = 457548 (Вт)

 

Расход  тепла с водой: 

Q₄ = G_в*С_в*Т₂ = 5,556*4190*89,5 = 2083528 (Вт) 

Потери  в окружающую среду: 

Q_п = 0,05*Q = 0,05*152516 = 7629 (Вт) 

Результаты  отражены в таблице теплового баланса: 

 

(2539877+2548705)/2548705=0,04=4% 

Расчёт  верен. 
 

      [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7] 
 

      

 

3.Заключение 

           

         Развитие химической промышленности определяется в значительной степени совершенствованием химической техники. Техника химических производств развивается в основном в тех же направлениях, что и в других отраслях промышленности. Главной  целью технического прогресса является

повышение производительности труда с одновременным улучшением качест-

ва продукции  и снижением её себестоимости. Основные взаимосвязанные на-

правления развития химической техники: 1)увеличение масштабов производ-

ства, мощностей  химико-технологических систем и  отдельных аппаратов; 2)

интенсификация  работы аппаратов; 3)снижение энергозатрат и максимальное

использование теплоты химических реакций; 4)уменьшение количества ста-

дий производства и переход к циклическим (замкнутым) системам; 5)замена

периодических процессов непрерывными; 6)механизация трудоёмких опера-

ций и  автоматизация производства.

             По данному курсовому проекту были произведены тепловой, гидравличсекий и конструктивно-механический расчёты теплообменного аппарата , необходимого для нагревания смеси этанол-вода до температуры кипения насыщенным водяным паром.

             Вследствие чего по стандартным каталогам (ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79) был выбран кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решётками.

     В данном теплообменнике трубы, изготовленные из стали Ст3, расположены по окружности и закреплены в трубной решётке развальцовкой.

     В месте подачи насыщенного водяного пара и отвода конденсата прикреплены  два отбойника для предотвращения эрозии и износа труб.

     Теплообменник установлен на четыре опоры типа OB – II – Б – 400 – 6 OH. 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников 
 

1. Баранов Д.А. Процессы и аппараты: Учеб. для студ. учреждений сред.            проф. образования / Д.А. Баранов, А.М. Кутепов. – М.: Издательский     центр «Академия», 2004.

     ISBN 5-7695-1336-5 

2. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов  химической тех-

     нологии: Учебник для техникумов.- Л.: Химия, 1991

     ISBN 5-7245-0514-2 

3. Каган С.З., Мартюшин С.И. Основные процессы и аппараты химичес-

     кой технологии: Пособие по проектированию. 2-ое изд.. перераб. и

     дополн.- М.: Химия,1991 

4. Мухлёнов  И.П. Общая химическая технология: Учеб. для химико-      техн.спец.вузов. В 2-х т. Т-1: Теоретические основы химической технологии. 4-е изд., перераб. и дополн. – М: Высш. шк., 1984

 

5. Павлов  К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры  и задачи по курсу процессов и  аппаратов химической технологии: Учеб. пособие для вузов.

     10-е изю., перераб. и дополн. – Л.: Химия, 1987 

6. Плановский  А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. 5-е изд., стереотипное.

 

7. Романков  П.Г., Курочкина М.И., Мозжерин Ю.А., Смирнов Н.Н. Процессы и аппараты химической промышленности: Учеб. для техникумов.- Л.: Химия, 1989

 <