Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

      3. Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата.

     Так как в заданном нам процессе происходит изменение агрегатного состояние вещества, то тепловая нагрузка находится по формуле:

     , где

        i— энтальпия образовавшегося пара, равная

     с1–  теплоемкость уксусной кислоты, Дж/(кгК),

     G1–  массовый расход уксусной кислоты,  кг/ч,

      -начальная температура уксусной  кислоты,  .

      4. Рассчитываем расход  анилина.

     Исходя  из уравнения и ранее найденной  тепловой нагрузки на аппарат, вычисляем расход анилина, с помощью которого испаряем уксусную кислоту:

       кг/с, где

     Q – тепловая нагрузка аппарата, Дж/с,

     с2- теплоемкость анилина, Дж/(кгК),

      -начальная и конечная температуры анилина, .

      5. Найдем объемный  расход веществ.

       - объемный расход уксусной кислоты, где

      - массовый расход уксусной  кислоты, кг/ч,

      - плотность уксусной кислоты, .

      - объемный  расход анилина, где

      - массовый расход анилина,  кг/с,

      - плотность анилина,  .

     6. Находим скорость  течения жидкостей. 

     По  ГОСТ 15121-79 выбираем внутренний и наружный диаметр трубок, а также диаметр кожуха. Т.о., внутренний диаметр трубок d1=0,025 м, а наружный d2=d1+0,0025*2=0,029м, диаметр кожуха D=0,159 м. Число трубок к данным n=19.

     Определяем  скорость движения теплоносителей по формулам :

      , где 

      , где

Q – тепловой поток (расход передаваемой теплоты), Вт,

  F - площадь поверхности теплопередачи, м²,

  w – скорость течения жидкостей, м/с,

 n – количество трубок внутри кожуха,

 d – диаметр трубок, м.

      м/с скорость течения уксусной кислоты внутри трубок.

     Находим площадь сечения межтрубного  пространства:

     

 
 

     

      м/с скорость течения анилина в межтрубном пространстве.

      7.Определяем  режим движения  в межтрубном  пространстве с  помощью критерия Рейнольдса.

     Анилин течет по межтрубному пространству.

        для анилина

     Ламинарный  режим течения.

       8. Рассчитаем критерий Прандтля.

       для анилина

       9.Найдем  критерий Нуссельта  для анилина.

     Для расчета критерия Нуссельта необходимо правильно выбрать расчетное  уравнения. Re>10000:

     

 
          

     

     

 
 

              

       10.  Найдем коэффициенты теплоотдачи.

     Т.к. , то можно записать формулу для определения коэффициента теплоотдачи для анилина:

       Вт/м К

     Коэффициент теплоотдачи для уксусной кислоты  находим по формуле:

     Р=0,15 МПа             

       Вт/м К

     

     

       Вт/м К

       11. Определение коэффициента  теплопередачи для  цилиндрической стенки.

     

      Вт/мК

     

      12. Расчет длины трубок.

     Требуемая длина трубок находится по формуле:

 

     Общее количество трубок в аппарате равно 19, длину каждой из трубок находим по формуле:

     

     Расположение  труб в пучке определяется способом разбивки, шагом и числом ходов. В  теплообменных аппаратах применяются  следующие способы разбивки труб:

     1) Шахматная, определяемая поперечным  шагом ( частный случай треугольная).

     2) Коридорная (частный случай квадратная).

     Выбор размещения трубок производится с учетом таких требований:

     -достижение  максимальной компактности устройства, приводящей к уменьшению диаметра корпуса аппарата, а также к уменьшению сечения межтрубного пространства, что увеличивает скорость движущейся в нем рабочей среды и повышает коэффициент теплопередачи;

     -обеспечение  достаточной прочности;

     -придание  конструкции аппарата максимальной  «технологичности» в смысле облегчения  условий изготовления и ремонта  аппарата.

     Преимущественно распространение на практике получил первый из этих способов.

     Схема размещения трубок, дающая шахматный  трубный пучок, показана на рис 2. Чертеж выполнен в Компас 3D график.

     

      Рис. 2. Размещение труб в пучке при  шахматной разбивке 
 
 
 
 
 
 

3. Результаты расчета  

      Задавшись выше целью работы, были решены следующие  задачи:

а) Рассчитана средняя разность температур ;.

      б) Рассчитана средняя температура  каждого теплоносителя

       для уксусной кислоты

       для анилина

      в) Рассчитана тепловая нагрузка аппарата

      г)  Рассчитан расход анилина  кг/с

      д) Найдены скорости течения теплоносителей:

                 м/с скорость течения уксусной кислоты

                 м/с скорость течения анилина

               е) Определен режим движения в межтрубном  пространстве с                                           помощью критерия Рейнольдса: 

        для анилина 

        ж) Найдены коэффициенты теплоотдачи:

        Вт/м К для уксусной кислоты

        Вт/м К для анилина

              з)  Определен коэффициент теплопередачи для цилиндрической стенки 

      

      и) Найдена общая длина всех трубок в аппарате

            

            к) Длина каждой из труб

         

 

Заключение

      В курсовом проекте  был произведен расчет кожухотрубного испарителя. В результате расчета были определены основные размеры аппарата:  диаметр корпуса,  количество, диаметр и длины трубок в кожухе; выбор размещения трубок, скорость движения теплоносителей.

      Предложенная  модель кожухотрубного испарителя может  быть реализована на практике для  испарения уксусной кислоты с начальной температурой 35 градусов и конечной 118 при давлении 1,5*10 Па. Для этого надо использовать 1 испаритель с диаметром кожуха D=0,159 мм, внутренним диаметром труб внутри кожуха d=0,025мм, общее число труб в аппарате 19 при длине 4 м каждая.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Библиографический список 

1. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию, 2-е изд., перераб. –М.:Химия, 1991.-496 с.
2. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жид-     костей, 2-е изд., перераб. – М., 1972.-720 стр. с илл. Горбачев Г.И., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника, 1988.
3. Данилова Г. Н. и др. «Сборник задач и расчетов по теплопередаче». – М. -Л., Госторгиздат, 1961.
4. Доманский И.В., Исаков В.П., Островский Г.М. м др. Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учеб. пособие для студентов втузов/ Под общ. ред. В.Н. Соколова – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. – 384 с., ил.
5. Николаев Г.И. Тепловые процессы: Учебное пособие / Под ред. Г.И. Николаев и др. – Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004.-124 с.
6. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с., ил.
7. Пряхин А.С., Семёнов П.Д. Конструкции и тепловой расчет теплообменных аппаратов: Учебное пособие. – СПб.: СПГУВК, 2001. – 189 с.