Теплообменные аппараты

Задание:

В трубном пространстве кипятильника при атмосферном давлении испаряется  G, кг/ч рабочей среды. Насыщенный водяной пар конденсируется в межтрубном пространстве на наружной поверхности труб при абсолютном давлении Р, Па. Определить необходимую поверхность теплопередачи и расход греющего пара. Подобрать нормализованный теплообменный аппарат.

1. Рабочая среда – бутанол
2. Согласно вариантам из таблицы 1

Таблица 1 – Известные данные

G∙10-3, кг/ч	Р∙10-5, Па
5	3.2

 

3. Согласно справочным данным [ 1]

Таблица 2 –Физические свойства насыщенного водяного пара

Т1, 0С	µ1, Па∙с	ρ1, кг/м3	r1, Дж/кг	λ1, Вт/(м∙К)	Р, кгс/см2
134.1	0.000205	931.2	216322	0.6856	2.8301

 

Таблица 3 – Физические свойства бензола

Т2, 0С	µ2, Па∙с	ρ2, кг/м3	r2, Дж/кг	λ2, Вт/(м∙К)	С2, Дж/(кг∙К)	σ2∙103, Н/м	G, кг/c
117.4	0.000406	810	589863	0.133	1719.75	16.24	1.39

 

 

Содержание

Введение            4

1. Технологический расчёт оборудования     5

1.1 Приближённый  расчёт       5

1.2 Уточнённый  расчёт        6

2. Выбор теплообменного аппарата      10

Заключение           12

Список использованной литературы       13

 

-

Введение

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, испарителей и конденсаторов.  Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения. [2]

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

В химической технологии применяются теплообменники, изготовленные из самых различных металлов (углеродистых и легированных сталей, меди, титана, тантала и др.), а также из неметаллических материалов, например графита, тефлона и др. Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью и теплопроводностью, причем конструкция теплообменного аппарата существенно зависит от свойств выбранного материала.

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.[3]

 

 

1. Технологический расчёт оборудования

1. Приближенный расчёт испарителя

Тепловую нагрузку рассчитаем по формуле (1)

,       (1)

где D – расход рабочей среды, ;

       r2 – теплота парообразования бензола, .

 

Расход греющего пара вычислим по формуле (2)

      (2)

где r1 – теплота конденсации насыщенного водяного пара, .

Среднюю разность температур найдём по формуле (3)

ΔTср=T1 – T2 ,     (3)

где Т1 – температура конденсации насыщенного водяного пара, 0С;

       Т2 – температура кипения бензола, 0С. 

ΔTср=134.1 – 117.4= 16.70С

В соответствии с табличными данными примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи [2]

Кор= 1500 Вт/(м2∙К)

Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности теплообмена рассчитаем по формуле (4)

В соответствии со справочными данными, поверхность, близкую к ориентировочной, может иметь испаритель: [2]

• Dкожуха = 600 мм;
• dтруб = 25 2 мм;
• n = 257;
• l = 2м;
• F = 40 м2.

2. Уточнённый расчёт испарителя

Коэффициент теплопередачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности, определяется по формуле (5)

где - коэффициент теплопроводности насыщенного водяного

пара,

ρ1- плотность насыщенного пара, ;

µ1 -  динамическая вязкость водяного насыщенного пара, Па∙с;

q - тепловая нагрузка,

H – высота трубы, м.

Коэффициент теплопередачи к кипящей в трубах жидкости определяется по формуле (6)

где  коэффициент теплопроводности бензола,

ρ2- плотность бензола, ;

ρп – плотность паров над кипящей жидкостью, ;

ρп0 – плотность паров при атмосферном давлении, ;

σ2 – поверхностное натяжение, ;

r2 – теплота парообразования бензола, ;

С2 – теплоёмкость бензола,

µ1 -  динамическая вязкость бензола, Па∙с.

Из основного уравнения теплопередачи (7) и уравнения для коэффициента теплопередачи (8) следует уравнение (9)

q= (T1 – T2)∙F = ΔTср∙F      (7)

где  – толщина трубы, м.

Ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки рассчитаем по формуле (10)

Коэффициент А определим по формуле (11)

Коэффициент В вычислим по формуле (12)

Сумму термических сопротивлений стенки и загрязнений найдём по формуле (13)

где δст – толщина стальной трубы, м;

rз – теплопроводность загрязнения стенок,

λст – коэффициент теплопроводности стали,

Подставляя в уравнение (9) формулы (5) и (6) получим уравнение относительно неизвестного удельного теплового потока (14)

Примем значение q2=40000. Тогда получим значение F(q2)

Значение q3 рассчитаем по формуле (15)

Следовательно, получим значение

Тогда поверхность теплообмена  вычислим по формуле (16)

 

2    Выбор теплообменного аппарата

Используя каталог теплообменных аппаратов, был выбран теплообменный аппарат – испаритель типа ИП [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

1 — кожух испарителя;

2— пучок трубный U-образный;

3 — стяжка;

4 — решетка  трубная;

5 — крышка  распределительной камеры;

6 — опора;

Ду 200 мм — для монтажа пучка;

Ду 40 мм — для регулятора уровня;

Ду4 — выход остатка продукта;

Ду 50 — дренаж; Ду3 — вход жидкого продукта;

Ду2 — выход пара или жидкости;

Ду2 — вход пара или жидкости;

Ду 15 мм — для манометра;

Ду1 — выход паров продукта;

Ду 80 мм — для предохранительного клапана;

Ду50 мм — для указателя уровня.

 

Рисунок 1 – Испаритель типа ИП

 

Заключение

В рамках данной семестровой работы осуществилось ознакомление с устройством кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, способами передачи тепла от нагретых тел и поверхностей, методами расчёта теплообменного оборудования. Также был проведён расчёт индивидуального теплообменника, рассчитана поверхность теплообмена и выбран по каталогу соответствующий теплообменный аппарат.

 

Список использованной литературы

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / Под ред. П.Г. Романкова – 10-ое издание, перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-ое издание, перераб. и доп. -  М.: Химия, 1991. - 496 с.
3. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. -  М.: Химия, 1971. - 784 с.
4. Каталог выпускаемого оборудования ОАО «УТС-Туймазыхиммаш». – 2-е изд., перераб. и доп. – Туймазы, 2002.