Расчет кожухотрубчатого теплообменника

Заказать работу

Дано:

Материальный баланс колонны:

кг/с

Пересчет массовых % в мольные доли:

Тепловой баланс теплообменника:

По табл. XLVII (П.Р., 543)

 

По рис. XI (П.Р., 562)

кал/кг×с  Дж/кг×К

Расход воды:

 кг/с (Д., 32)

Ф/х свойства воды при т-ре 30С

кг/м3

Вт/(м×К)

Па×с

Среднелогарифмическая разность температур:

С

Ф/х cвойства cмеси метилового спирта и воды с массовой долей метилового спирта 7% при температуре 30 С

кг/м3 (т. 1-101, Перри, 51)

Коэффициент динамической вязкости смеси рассчитывается по уравнению Томаса (ф. 1-91, Перри, 26):

, где

,

температура смеси;

постоянная вязкости, определяемая путем суммирования атомных и структурных составляющих смеси.

Для смеси метиловый спирт-вода,

 (т. 1-14, Перри, 26)

Таким образом,

 Па×с

Коэффициент теплопроводности смеси органических жидкостей и воды с достаточной степенью точности можно посчитать по уравнению Краго (1-70, Перри, 22):

,

где относительная плотность смеси жидкостей по воде, равная в данном случае 0.99

Таким образом

Удельную теплоемкость растворов органических жидкостей можно посчитать по методу Джонсона и Хуанга с помощью аддитивных составляющих (т. 1-7, Перри, 15). Для смеси вода-метиловый спирт при содержании спирта 7% по массе, теплоемкость практически равна теплоемкости воды при т-ре 30 градусов, или равна

Дж/(кг×К) (р. XI, П.Р., 562)

Пустим спирт по трубам, а воду – в межтрубном пространстве.

Объемный расход спирта и воды:

м3/с (П.Р, 216)

м3/с (П.Р, 216)

Согласно т.4.8 (П.Р., 172) минимальное значение Kop для турбулентного режима составляет 250 Вт/(м×К)

Ориентировочная поверхность составляет:

м2 м2

В теплообменных трубах 25х2 мм по ГОСТ 15120-79 скорость течения спирта при Re1>10000 должна быть не менее:

 м/c (П.Р, 216)

Проходное сечение трубного пространства должно быть не менее:

 

м2

Кожухотрубчатый холодильник наименьшего диаметра 159 мм с числом труб 13 имеет площадь 0.5×10-2 м2 (табл. 4.12, П.Р,215). Следовательно турбулентное течение спирта можно обеспечить только в аппарате с меньшим диаметром трубного пространства, т.е. в теплообменнике "труба в трубе".

Вариант 1. Теплообменник "труба в трубе" (ГОСТ 9930-78).

1.1  Рассмотрим аппарат, изготовленный из труб 89х4 мм (наружная) и 57х3.5 (внутренняя). Скорость спирта в трубах для обеспечения турбулентного движения должна быть не менее:

 м/c (П.Р.,216)

Число параллельно работающих труб 57х3.5 мм, при этом

 (П.Р.,217)

Примем n=2. Определим критерий Рейнольдса и скорость для спирта:

м/с (П.Р.,217)

 (П.Р., 217)

Критерий Рейнольдса соответствует турбулентному движению.

Для воды:

 (П.Р.,217)

где 0.024 – эквивалентный диаметр, равный 0.081-0.057

1.2. Составим схему процесса теплопередачи. По табл. 4.1 (П.Р., 151) находим, что теплоотдача для спирта и воды (турбулентный режим у обеих жидкостей) описывается ур. 4.17. (П.Р., 154)

Коэффициент  примем равным 1.

Ввиду того, что температуры стенок со стороны спирта и воды  пока неизвестны, примем сомножитель  равным единице для обоих потоков.

а) Коэффициент теплоотдачи для спирта:

Критерий Прандтля для спирта при 25.9 градусах

 (П.Р., 217)

Критерий Нуссельта для спирта:

Коэффициент теплоотдачи от спирта к стенке:

 Вт/(м2×К)

(П.Р., 217)

б) Коэффициент теплоотдачи для воды.

Критерий Прандтля для воды при 30 градусах.

Критерий Нуссельта для воды:

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде:

 Вт/(м2×К)

Термическое сопротивление стенки и загрязнений (табл. XXXI, П.Р.,531)

Примем коэффициент теплопроводности материала стенки, равным коэффициенту теплопроводности стали, то есть равным 46.5

 м2×К/Вт

Величина тепловой проводимости 1860 выбрана из расчета загрязненной воды, так как смесь в трубе представляет собой воду с примесью органической жидкости.

Коэффициент теплопередачи:

 Вт/(м2×К)

Поверхностная плотность теплового потока:

 Вт/м2

 

 

1.3. Определим ориентировочно значения  и , исходя из того, что

,

где сумма

Найдем:

 (П.Р., 218)

Следовательно:

Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи:

Критерий Прандтля для спирта при

Критерий Прандтля для воды при

Уточненный коэффициент теплоотдачи для спирта:

Уточненный коэффициент теплоотдачи для воды:

Исправленные значения :

Вт/(м2×К)

 Вт/м2

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

м2

С запасом 10%:  м2

Поверхность теплообмена одного элемента длиной 6 м.:

м2

Число элементов в каждой из двух секций (ветвей):

шт.

Общее число элементов:

 шт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 2. Кожухотрубчатый холодильник диаметром 159 мм с трубами 25х2 мм (ГОСТ 15120-79)

Скорость и критерий Рейнольдса для спирта:

 м/с

Скорость и критерий Рейнольдса для воды:

 м/с

где 0.9×10-2 - проходное сечение межтрубного пространства между перегородками по ГОСТ 15120-79.

где 0.025 – наружный диаметр труб, определяющий линейный размер при поперечном обтекании.

Вариант 2 Кожухотрубчатый холодильник диаметром 159 мм с трубками 25х2 мм (ГОСТ 15120-79)

Скорость и критерий Рейнольдса для спирта:

 м/с

Скорость и критерий Рейнольдса для воды:

 м/с

где  - проходное сечение межтрубного пространства между перегородками по ГОСТ 15120-79.

Для потока в трубах при Re1 < 10000 значение tcт.1. влияет на выбор расчетной формулы через произведение GrPr. Зададимся значениями температур стенки, исходя из того, что

Примем исходя из предыдущего расчета (теплообменник "труба в трубе")

а) коэффициент теплоотдачи для воды (Re2 = 8671.6)

При поперечном омывании потоком трубного пучка при Re > 1000 рекомендуется соотношение

Примем  = 0.6 (157, П.Р.). Критерий Прандтля для спирта:

Тогда

 Вт/(м2×К)

б) Коэффициент теплоотдачи для спирта (Re1 = 6873)

Для выбора расчетной формулы определим произведение (PrGr) при определяющей температуре – средней температуре пограничного слоя. (П.Р., 154)

С

Физические свойства спирта при температуре 27.5С:

кг/м3 (т. 1-101, Перри, 51)

 Па×с

Дж/(кг×К) (р. XI, П.Р., 562)

 

 

Для определения Nu2 при данном соотношении и Re > 3500 воспользуемся табл. 4.4 (П.Р.,155)

В данных пределах критерий Нуссельта по формуле 4.28 (П.Р., 155)

,

где n = 0.11 при нагревании, n=0.25 при охлаждении. В нашем случае n=0.25.

динамический коэффицент вязкости смеси при температуре стенки.

В нашем случае можно принять равным динамическому коэффициенту вязкости при температуре смеси.

 Вт/(м2×К)

Коэффициент теплопередачи:

 Вт/(м2×К)

Поверхностная плотность теплового потока:

 Вт/м2

Уточним значения

Окончательно  и

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

 м2.

С запасом 10%  м2

Принимаем к установке аппараты длиной 3 м (ГОСТ 15120-79 (П.Р.,215).

Площадь поверхности теплообмена одного аппарата по среднему диаметру труб:

 м2

Необходимое число аппаратов:

Примем N = 9. Запас поверхности при этом составляет:

%

Таким образом видно, что первый вариант теплообменника ("труба в трубе") имеет меньшую металлоемкость и большее число Рейнольдса по сравнению с кожухотрубчатым теплообменником.

Проведем расчет экономических параметров теплообменника "труба в трубе".

Табл. 1. "Технические характеристики теплообменника"
Показатели Трубное пространство Межтрубное пространство
Среда Наименование Метанол Вода
Токсичность Токсична Нетоксична
Взрывоопасность Невзрывоопасна Невзрывоопасна
Агрессивность Агрессивна Неагрессивна
Температура 93.5 (на входе) 40 (на выходе)
Рабочее давление, МПа

Емкость аппарата, м3

Поверхность теплообмена, м2

2.81

Материал деталей аппарата, соприкасающихся с метанолом – сталь Х18Н9Т ГОСТ 5632-72, остальных ст. 3 ГОСТ 380-71.

Материал герметизирующих прокладок – картон асбестовый ГОСТ 2850-58.

Материал прокладок в резьбовых соединениях – алюминий марок А95, А85, А8, А7, А6, А5, А0, А (ГОСТ 11069-64).

Число элементов в каждой из двух секций (ветвей):

шт.

Общее число элементов:

 шт.

Таким образом, затраты на элементы теплообменника из расчета 100 руб. за элемент составят 1100 рублей. Масса аппарата "труба в трубе" – 2200 кг.

 

Другие материалы

  • Подбор теплообменника для проведения процесса охлаждения и конденсации пара толуола
  • ... Кожухотрубные конденсаторы предназначены для конденсации паров в межтрубном пространстве, а также для подогревания жидкостей за счет теплоты конденсации пара. Рассчитаем необходимую поверхность теплообменника, в межтрубном пространстве, которого конденсируется толуол, с заданным массовым расходом ...

  • Реконструкция теплообменника в цехе N2 ЗАО "Каустик" с целью повышения эффективности
  • ... теплообменников на аппараты других типов. Повышаются требования к получаемому жидкому хлору, такие как: а) уменьшение доли влаги в хлоргазе. б) увеличение коэффициента сжижения хлора. 1.3 Анализ и критическая оценка работы оборудования отделения жидкого хлора цеха N 2 ЗАО "Каустик" ...

  • Расчет тарельчатой ректификационной колонны
  • ... = 3857 Па. Сопоставление этого варианта с вариантом 1К показывает, что, как и ожидалось, по гидравлическому сопротивлению вариант ЗК лучше. Вариант 4К. Результаты расчета: ωтр=0,304 м/с; λ=0,0472; ωтр.ш = 0,344 м/с; ∆ртр = = 3712 Па; ωмтр = 0,337 м/с; ωмтр.ш = 0,446 ...

  • Подбор и расчет теплообменной установки, предназначенной для использования в производстве крепленого вина
  • ... / (2 ∙ 140 ∙ 0,95) + 0,001 = 0,0022 м = 2,2 мм. Условие (0,0022 - 0,001) / 1 < 0,1 выполняется. На основании данных практического использования кожухотрубчатых теплообменных аппаратов принимаем толщину стенки кожуха равной 4мм.=0,004м. Допускаемое избыточное давление в обечайке ...

  • Кожухотрубчатые теплообменные аппараты
  • ... sup2;, ([7]): (1.29)  (м²) По рассчитанной площади и заданному диаметру труб выбирается стандартный теплообменный аппарат ([1]): Параметры кожухотрубчатого теплообменника сварной конструкции с неподвижными трубными решетками (ГОСТ 15118-79,ГОСТ ...

  • Испытание теплообменников
  • ... Число витков 10 Число ходов 1 2 1 1.         Змеевиковый теплообменник Змеевиковый теплообменник представляет собой змеевик, помещённый в кожух. Горячая вода движется по змеевику, а холодная внутри кожуха. Кроме горячей воды ...

  • Тепловой и конструктивный расчет секционного водо-водяного подогревателя теплосети
  • ... Водоводяной подогреватель теплосети Мосэнерго. 1 – линзовый компенсатор; 2- разборная (на резьбе) трубная решетка; 3 – калач; 4 – трубки. Для небольших производительностей целесообразно применение теплообменников типа «труба в трубе», относящихся также к секционным, но конструктивно упрощенным ...

  • Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения
  • ... аппарата (подогревателя), необходимого для нагревания смеси ацетон-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 вертикальный теплообменник с неподвижными трубными решётками ...

  • Расчет конденсатора
  • ... Марии Анатольевне ТГПГК на выполнение курсового проекта по “Процессам и аппаратам химической технологии”. Расчёт конденсатора Тема курсового проекта : _______________________________________ Исходные данные: Состав насыщенного пара: бензол – 0.92 %, толуол – ...

  • Расчет и подбор нормализованного теплообменного аппарата
  • ... Коэффициент теплоотдачи: Коэффициент теплопередачи: Погрешность расчета: Заключение   Для достижения поставленной цели в данной семестровой работе рассматривались только нормализованные теплообменные аппараты (холодильники), без рассмотрения экономических факторов, ...

  • Кожухотрубчатый теплообменный аппарат
  • ... 4). Кроме того, в колоннах 2 и 4 с помощью циркуляц. орошения теплота отводится на промежут. тарелках.   7.  Схема контроля и регулирования кожухотрубчатый теплообменный аппарат Любой технологический процесс в том числе и процесс обмена тепла между фракцией 230-3500 С и сырой нефть, ...

  • Расчет двух ректификационных установок непрерывного действия для разделения смеси этилацетат – толуол
  • ... ; ,  - молекулярные массы соответственно этилацетата и толуола, кг/кмоль.  (1.5)  (1.6) кг/кг смеси  кг/кг смеси  кг/кг смеси Находим производительность по кубовому остатку:  кг/с Находим производительность колоны по дистилляту:  кг/с Нагрузки ректификационной колоны по пару ...

  • Расчет теплообменного аппарата
  • ... режиму течения), определим отношение числа труб к числу ходов n/z для конденсатора из труб 252 мм . 4). Поверочный расчёт теплообменного аппарата По справочной таблице (согласно ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79) выбираем кожухотрубчатый испаритель, с поверхностью теплообмена и отношением ...

Каталог учебных материалов

Свежие работы в разделе

Наша кнопка

Разместить ссылку на наш сайт можно воспользовавшись следующим кодом:

Контакты

Если у вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь на email администратора: admin@kazreferat.info