Расчет и подбор нормализованного теплообменного аппарата

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ВолгГТУ)

Кафедра ПАХП

Курсовая работа

на тему:

Расчет и подбор нормализованного теплообменного аппарата

 

Выполнил: студент

группы ХТ-341

Ошкин Михаил Иванович

Волгоград 2008г.

Содержание

Аннотация

Введение

Общая часть

1. Определение расхода теплоты и расхода воды

2. Приблизительная оценка

Расчет и подбор теплообменных аппаратов

Вариант №1: D = 273мм, n = 37, z =1 и F = 9

Вариант №2: D = 325мм, n = 56, z =2 и F = 13

Расчет нагрузочной характеристики

Заключение

Приложение №1

Приложение №2

Список используемой литературы

Аннотация

 

В данной семестровой работе рассматривается процесс передачи энергии в форме тепла и на основе расчетных данных осуществляется подбор теплообменного аппарата.

В данном случае рассматривается процесс охлаждения жидкости с заданным расходом.

Исходными материалами являются ацетон и скважинная вода. Вода является охладителем с начальной температурой равной . Для исключения накипи в межтрубном пространстве конечная температура воды не превышает , т.е. принята .

Жидкости подаются в теплообменный аппарат противоточно, при условии, что осуществляется развитое турбулентное течение. Кожух теплообменного аппарата выполнен из материала – сталь, с толщиной 2мм, без учета расчета на прочность. Подбор теплообменного аппарата осуществляется при условии, что поверхность теплообмена не будет превышать 10%. Исходным материалом для расчета поверхности теплообменного аппарата является учебник: К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии».

Введение

теплообменный аппарат ацетон

В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников:

1) поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена – глухую стенку;

2) теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении.

Теплообменники и холодильники могут устанавливаться горизонтально и вертикально, быть одно-, двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников – также и из латуни. Распределительные камеры и крышки холодильников выполняют из углеродистой стали.

Кожухотрубчатые конденсаторы предназначены для конденсации паров в межтрубном пространстве, а также для подогрева жидкостей и газов за счет теплоты конденсации пара. Они могут быть с неподвижной трубчатой решеткой или с температурным компенсатором на кожухе, также вертикальные и горизонтальные. От холодильников они отличаются большим диаметром штуцера для подвода пара в межтрубное пространство.

В кожухотрубчатых испарителях в трубном пространстве кипит жидкость, а в межтрубном пространстве может быть жидкий, газообразный, парообразный, парогазовый или парожидкостной теплоноситель. Эти теплообменники могут быть только вертикальные, с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе.

В работе используется кожухотрубчатый теплообменник. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей. Этот теплообменник относится к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников. В теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб, а другая – в межтрубном пространстве. Среды обычно направляются противоположно друг другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, - в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении.

Конструкции теплообменников должны отличаться простотой, удобством монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна обеспечивать возможно меньшее загрязнение поверхности теплообмена и быть легко доступной для осмотра и очистки.

Конденсация ацетона водой

Примем следующие индексы:

«1» - для ацетона

«2» - для воды

Общая часть

 

1. Определим расход теплоты и расход воды на охлаждение ацетона

Примем температуру ацетона на входе в теплообменник равной t_н1 = 56 ⁰С. Конечная температура ацетона, по условию задания, равной 36 ⁰С. Вода подается в теплообменник с начальной температурой t_н2 = 17 ⁰С. Конечная температура равна t_н2 = 27 ⁰С.

- средняя температура воды:

⁰С

Данным условиям соответствуют следующие физико-химические показатели воды:

С₂ = 4231,9 Дж/(кг К) – теплоемкость этилацетата (стр. 562, рис. XI, [1]);

λ₂ = 0,593 Вт/(м К) – коэф. теплопроводимости (стр. 561, рис. X, [1]);

ρ₂ = 998 кг/м³ – плотность этилацетата (стр. 512, т. IV, [1]);

μ₂ = 1 10^-3 Па с – коэф. динамической вязкости (стр. 516, т. IX, [1]).

- среднюю логарифмическую разность температур:

56→36

27←17

29⁰С 19⁰С

Т.к. , используется формула:

⁰С

 

Расчет - температурного коэффициента:

где

 при , ,

 тогда ,

тогда⁰С

- среднюю температуру исходного вещества:

⁰С

Данным условиям соответствуют следующие физико-химические показатели ацетона:

с₁ = 2304,5 Дж/(кг К) – теплоемкость этилацетата (стр. 562, рис. XI, [1]);

λ₁ = 0,163 Вт/(м К) – коэф. теплопроводимости (стр. 561, рис. X, [1]);

ρ₁ = 762,5 кг/м³ – плотность этилацетата (стр. 512, т. IV, [1]);

μ₁ = 0,257 10^-3 Па с – коэф. динамической вязкости (стр. 516, т. IX, [1]).

Определим расход исходного вещества :

С учетом потерь теплоты в размере 5% , тепловая нагрузка составит:

Расход воды составит:

Объемные расходы исходного вещества и воды:

0,00546

0,00477