Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Февраля 2012 в 17:20, курсовая работа
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 горячего
теплоносителя к холодному разделяется по времени на два периода и про
исходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника;
Введение 4
1.Технологическая схема 5
2. Расчет теплообменного аппарата 6
2.1 Расход теплоты 6
2.2 Расчет объемных расходов компонентов 7
2.3 Определение температуры воды при начале 7
охлаждения бензола tx
2.4 Расчет ориентировочной поверхности теплообмена 7
2.5 Выбор теплообменного аппарата 8
2.6 Схемы процессов теплопередачи и расчет коэффициента 8
теплопередачи в зоне конденсации бензола
2.7 Расчет коэффициента теплопередачи в зоне охлаждения 11
2.8 Расчёт поверхности теплообмена 13
3. Гидравлический расчет 14
3.1 Гидравлические сопротивления в трубном пространстве 14
3.2 Гидравлические сопротивления в межтрубном пространстве 14
Вывод 16
Список литературы 17
Министерство образования и науки РФ
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого президента России Б. Н. Ельцина»
Кафедра
«Процессы и аппараты химической
технологии»
Курсовой проект на тему:
«РАСЧЕТ
ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА»
Исполнитель _________________ П. Ю. Лихачев
студент гр. Фт-48011
Руководитель
г. Екатеринбург 2011 г.
Аннотация.
В данной работе представлены расчеты поверхности теплообмена и коэффициента теплопередачи теплообменника производительностью по бензолу – 2,4 т/час.
Определены конструктивные основные размеры аппарата: теплообменник типа "труба в трубе" из внешней трубы – 89х4 мм, и внутренней трубы - 57х3,5 мм.
Показано,
что выбранный теплообменник
удовлетворяет технологическим
требованиям процесса теплопередачи.
Выполнен гидравлический расчет.
Содерж
Введение 4
1.Технологическая схема 5
2. Расчет
теплообменного аппарата
2.1 Расход теплоты 6
2.2 Расчет объемных расходов компонентов 7
2.3 Определение температуры воды при начале 7
охлаждения бензола tx
2.4 Расчет ориентировочной поверхности теплообмена 7
2.5 Выбор теплообменного аппарата 8
2.6 Схемы процессов теплопередачи и расчет коэффициента 8
теплопередачи в зоне
2.7 Расчет коэффициента теплопередачи в зоне охлаждения 11
2.8 Расчёт поверхности теплообмена 13
3. Гидравлический расчет 14
3.1 Гидравлические сопротивления в трубном пространстве 14
3.2 Гидравлические сопротивления в межтрубном пространстве 14
Вывод 16
Список
литературы 17
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 горячего
теплоносителя к холодному разделяется
по времени на два периода и про
исходит 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
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 вследствие
большой скорости
обоих 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.
Двухтрубчатый теплообменник является одним из наиболее простых теплообменных аппаратов. Его называют теплообменником типа «труба в трубе». Он состоит из двух труб разного диаметра: наружной 1 и внутренней 2, установленных одна в другой и образующих два канала для перехода сред.
Один теплоноситель (вода) движется по внутренней трубе, другой (бензол) по кольцевому зазору между внутренней и наружной трубами. Внутренние трубы соединяются калачами 3, а наружные – патрубками 4.
При
необходимости получения
2.Расчет теплообменника.
2.1 Расход теплоты:
80,2 → 30 (бензол)
50 ← 10 (вода)
На рисунке 2 приведена схема движения теплоносителей:
Рисунок 2 – Схема движения теплоносителей:
Отсюда
∆tм=20; ∆tб=30,2.
(средняя температура воды)
(средняя температура бензола)
- средняя разность температур, равная при противотоке теплоносителей 24,75 °С.
С учетом потерь холода в размере 5% расход теплоты:
Q1→2=k*G1*C1*(t1нач – t1кон) +G1*rконд ,
где k- коэффициент потерь, k=1,05;
G1 - массовый расход бензола, G1=2,4 т/ч=0,67 кг/с;
C1 – удельная теплоемкость бензола при t1,
C1=0, 44 ккал/(кг*ºС)=1843,6 Дж/(кг*К);
rконд=394 кДж/кг; (скрытая теплота конденсации бензола);
Q1→2=1,05*0,67*1843,6*(80,2-
Q1→2= Q2→1; Q2→1=G2*C2*(t2нач – t2кон);
где C2-удельная теплоемкость воды при t2, C2=4190 Дж/(кг*К);
G2=329088/(4190*(50-10))=
2.2
Расчет объемных
расходов компонентов:
V1= G1/ρ1= 0, 67 кг/с / 841,5 кг/м3=0,00080 м3/с,
V2= G2/ρ2= 1,960 кг/с / 995,0 кг/м3=0,00197 м3/с,
где ρ1, ρ2 – соответствующие плотности.
2.3
Определение температуры
воды при начале охлаждения
бензола tx:
а) в зоне конденсации: Qконд=Q1;
Qконд = 1,960*4190*(50 – tх) = 263980 Вт;
=> tх = 17,9 °С;
б) в зоне охлаждения конденсата: Qохл=Q2;
65108 = 1,96*4190*( tх – 10);
=> tх = 17,9 °С.
Таким образом, температура воды в начале охлаждения конденсата бензола 17,90С.
2.4 Расчет ориентировочной поверхности теплообмена
1. Зона конденсации.
Температурная схема: 80,2→80,2
Средняя температура процесса
Значение ориентировочного
Кор=300…800=550 Вт/(м2*К) [1, табл. 4.8]Тогда ориентировочное значение поверхности теплопередачи:
.
2. Зона охлаждения.
Температурная схема: 80,2→30
Средняя температура процесса
Значение коэффициента теплопередачи от органической жидкости к воде Кор=120…270 = 195 Вт/м2*0С [1, табл. 4.8]Тогда ориентировочное значение поверхности теплопередачи:
.
Таким
образом, общая поверхность
2.5 Выбор теплообменного аппарата
Теплообменник “труба в трубе”. Рассмотрим аппарат, изготовленный из труб 89*4 мм (наружная труба) и 57*3,5 мм (внутренняя труба). Определим скорость и критерий Рейнольдса для воды:
м/с;
.
Для бензола:
м/с;
, где эквивалентный диаметр
dэ
=D-d=0,081-0,057=0,024 м., µ1= 0,413 мПа*с [1, табл
IX, с 516].
2.6
Схемы процессов теплопередачи
и расчет коэффициента
теплопередачи в зоне
конденсации бензола
Составим
схему процесса теплопередачи. По табл.
4.1 находим, что теплоотдача для
обоих потоков описывается
Nu =0,021*εl*Re0,8 *Pr0,43*(Pr/Prст)0,25.