Теплообменник для охлаждения раствора NaOH

Расчет тепловой нагрузки. Определение температуры кипения раствора гидроксида натрия. Особенности теплообменника типа "труба в трубе". Одноходовый, шестиходовый теплообменник. Расчёт гидравлических сопротивлений. Двухтрубчатый, шестиходовый теплообменник.

Рубрика Химия
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 03.07.2011
Размер файла 180,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на проектирование

Рассчитать и спроектировать теплообменник для охлаждения раствора NaOH. После выпаривания раствор с концентрацией 25% массовых долей поступает в количестве 10 м3/час. Начальная температура раствора равна температуре кипения tкип. , tк = 350С. Охлаждение производится водой начальная температура воды равна tн = 100С, конечная температура tк = 350С.

Введение

Процессы теплообмена имеют большое значение в химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно.

Теплообменниками называют аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к другим. Вещества, участвующие в процессе передачи тепла, называются теплоносителями. Теплоносители, имеющие более высокую температуру, чем нагревающая среда, и отдающие тепло, принято называть нагревающими агентами, а теплоносители с более низкой температурой, чем среда, от которой они воспринимают тепло, - охлаждающими агентами.

В химической промышленности применяют теплообменные аппараты различных типов и конструкций. К числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников относятся кожухотрубчатые теплообменники.

В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая - в межтрубном пространстве. Одноходовые и многоходовые теплообменники могут быть вертикальными или горизонтальными. Вертикальные теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшую производственную площадь. Горизонтальные теплообменники изготавливают обычно многоходовыми и работают при больших скоростях участвующих в теплообмене сред для того, чтобы свести к минимуму расслоение жидкостей вследствие разности их температур и плотностей, а также устранить образование застойных зон.

Кроме кожухотрубчатых теплообменников частоепрактическое применение находят двухтрубчатые теплообменники. Теплообменники этой конструкции, называемые также теплообменниками типа «труба в трубе». Состоят из нескольких последовательно соединённых трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными трубами. Один теплоноситель движется по внутренним трубам, а другой - по кольцевому зазору между внутренними и наружными трубами.

1. Расчет тепловой нагрузки

Ввиду того, что в трубах нагревается раствор гидроксида натрия, а не вода и температура в трубах выше 60 0С, используем аппараты типа ТН или ТК. Принимаем для межтрубного пространства индекс «1», для трубного- «2».

Определение температуры кипения раствора гидроксида натрия.

Определение температуры кипения раствора гидроксида натрия производится при помощи диаграммы построенной на основе таблицы tкип-конц. (табл. XXXVI) [1,с.535]:

Конц.

14,53

18,32

23,08

26,21

33,77

37,58

tкип.

105

107

110

115

120

125

Температура кипения гидроксида натрия tкип = 113 0С

Температурная схема:

Температура охлаждающей воды: до охлаждения 10 0С - после 25 0С

Температура охлаждаемого раствора: до охлаждения 113 0С - после 35 0С

Дtб = 88 0С Дtм = 25,0 0С

Средняя разность температур:

Средняя температура раствора гидроксида натрия:

t2 = tн2- Дtср = 113 0С - 50,061 0С = 62,939 0С ? 63 0С

Объёмный расход раствора гидроксида натрия: V2=10 м3/час.

V2 =10/3600 м3/с, V2 =1/360 м 3/с; V2 = 0,0027778 м3/с.

Плотность раствора гидроксида натрия: (табл. IV) [1,с.512]:

t \ w

w=20%

w=30%

w=25%

t=100 0С

1170

1276

1223

t=120 0С

1155

1261

1208

tкип = 1130С; w=25%

с2 = 1208+(113 -100)* (1223 -1208)/20 =1217,75 ? 1218 кг/м3

Массовый расход раствора гидроксида натрия:

G2 = V22 =(10*1217,75 )/3600=3,3826кг/с

Средняя удельная теплоемкость раствора гидроксида натрия (при 63 0С) [9, с.80]:

Элемент

Na

O

H

Q (кДж/кг*К)

26,0

16,8

9,6

СNaOH =26,0 +16,8+9,6=1,31 кДж/кг*К

СNaOH =1,31 кДж/кг*К. Своды = 4,18 кДж/кг*К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Сраст = Сводыводы + СNaOHNaOH = 4,18*0,75 +1,31*0,25 = 3,4625кДж/кг*К

Сраст = 3462,5 Дж/кг*К

Получаемое тепло от охлаждения раствора гидроксида натрия:

Q=G2C2(t-t)=3,3826*3462,5* (35 -113)= - 913556Дж/кг*К

Расход охлаждающей воды с учетом потерь холода в размере 5% теплоты:

V1 = G11 = 15,262/998 = 0,015293 м3/с.

Где С1 = 4,19 кДж/кг*К - удельная теплоёмкость воды (табл. XXXIX) [1, с.537].

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. По табл. 4.8. [1, с.172]: минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от жидкостей к жидкостям (подогреватели Кmin = 800 Вт/(м2*К)). При этом:

Fmax = Q/Kmin* Дtср = 913556/(800*50,061)=22,811м2

2. Ориентировочный выбор теплообменника

Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Раствор направим в трубное пространство, так как он даёт загрязнение, охлаждающую воду - в межтрубное пространство.

В теплообменных трубах O25 х 2 мм холодильников по ГОСТ 15120-79 скорость течения рассола для обеспечения турбулентного режима при Re2 > 10 000 должна быть более:

Нахождение динамического коэффициента вязкости раствора гидроксида натрия при t2 = 63 0С

Плотность растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры (табл. IV) [1, с.512]:

t 0С

60

80

63

С кг/м3 при 30%

1303

1289

1301

С кг/м3 при 20%

1196

1183

1194

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IX) [1,с.516]:

t 0С

60

80

63

м мПа* с 30%

3,4

2,16

3,214

м мПа* с 20%

1,63

1,27

1,576

- где xv1 и xv2 - объёмные доли компонентов смеси. Рассчитаем их:

m1 = m2,xv11 = xv2 2,xv11 = (1- xv1)*с 2

xv1+xv2 = 1;xv2 = 1-xv1;xv1*(с1 + с 2) = с2

xv2 = 1-xv1 = 1- 0,5214=0,4786

м=2,084*10-3 Па*с

с= xv11 + xv2 2,= 0,5214*1194 + 0,4786*1301=1245 кг/м3

Скорость течения, обеспечивающая объёмный расход раствора гидроксида натрия при Re2 > 10 000:

Проходное сечение трубного пространства при этом должно быть менее:

Кожухотрубчатый холодильник наименьшего диаметра 159 мм с числом труб 13 имеет Sт = 0,5*10-2 м2, согласно (табл. 4.12) [1, с.215]. Следовательно, турбулентное течение рассола можно обеспечить только в аппарате с меньшим сечением трубного пространства, то есть в теплообменнике «труба в трубе». Также рассмотрим одиночный кожухотрубчатый теплообменник и элементный (составленный из нескольких кожухотрубчатых аппаратов меньшей площади, соединённых последовательно). Теплообменник типа «труба в трубе».

Одноходовый теплообменник с числом труб n=37, наружный диаметр кожуха D=273 мм; Шестиходовый теплообменник с числом труб на один ход трубного пространства n =32,67 (общее число труб 196), наружный диаметр кожуха D=600 мм;

Вариант №1 Двухтрубчатый теплообменник.

Рассмотрим аппарат, изготовленный из труб 89?4 мм (наружная труба) и 57?3,5 мм (внутренняя труба).

Скорость раствора гидроксида натрия в трубах для обеспечения турбулентного течения должна быть более щ?2.

Нахождение динамического коэффициента вязкости раствора гидроксида натрия при t2 = 63 0С.

Плотность растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IV) [1, с.512]:

t 0С

60

80

63

с кг/м3 при 30%

1303

1289

1301

с кг/м3 при 20%

1196

1183

1194

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IX) [1, с.516]:

t 0С

60

80

63

м мПа* с 30%

3,4

2,16

3,214

м мПа* с 20%

1,63

1,27

1,576

- где xv1 и xv2 - объёмные доли компонентов смеси. Рассчитаем их:

m1 = m2,xv11 = xv2 2,xv11 = (1- xv1)*с 2

xv1+xv2 = 1;xv2 = 1-xv1;xv1*(с1 + с 2) = с2

xv2 = 1-xv1 = 1- 0,5214=0,4786

м=2,084*10-3 Па*с

с= xv11 + xv2 2,= 0,5214*1194 + 0,4786*1301=1245 кг/м3

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

,

Где эквивалентный диаметр dэ =D - d = 0,081- 0,057=0,024 м.

Ш Коэффициент теплоотдачи для раствора гидроксида натрия.

л 20%NaOH=0,550 Вт/м*К; л30%NaOH =0,555 Вт/м*К - коэффициенты теплопроводности раствора гидроксида натрия при t2 = 20 0С [5, с.718]

л=0,552 Вт/м*К

Отношение принято равным 0,99 (с последующей проверкой).

Коэффициент еl принят равным 1, пологая, L/d э>50 (табл. 4.3) [1,с.153]: Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ш Коэффициент теплоотдачи для охлаждающей воды.

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 17,5 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

10

20

17,5

л Вт/м*К

0,575

0,599

0,593

Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды в зависимости от температуры. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

17

18

17,5

м*10-3 Па* с

1,083

1,056

1,0695

Отношение принято равным 1,01 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи.

Принимаю тепловую проводимость загрязнений со стороны охлаждающей воды:

, со стороны раствора гидроксида натрия : (табл. XXXI) [1, с.531].

лст=46,5 Вт/м*К Коэффициент теплопроводности стали (табл. XXVIII), [1,с.529].

Ш Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия . Для этого определим:

q = K* Дtср=1209*50,061 = 60524 Вт/м2

Дt2 = q/б2 = 60524/3442 = 17,58 0С

tст2 = t2 - Дt2 = 62,94 - 17,58 = 45,36 0С ? 45 0С

Нахождение динамического коэффициента вязкости раствора гидроксида натрия при t2 = 45 0С.

Плотность растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IV) [1, с.512]:

t 0С

40

60

45

с кг/м3 при 30%

1316

1303

1313

с кг/м3 при 20%

1208

1196

1205

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IX) [1, с.516]:

t 0С

40

60

45

м мПа* с 30%

6,3

3,4

5,575

м мПа* с 20%

2,48

1,63

2,268

- где xv1 и xv2 - объёмные доли компонентов смеси. Рассчитаем их:

m1 = m2,xv11 = xv2 2,xv11 = (1- xv1)*с 2

xv1+xv2 = 1;xv2 = 1-xv1;xv1*(с1 + с 2) = с2

xv2 = 1-xv1 = 1- 0,5214=0,4786

м=3,185*10-3 Па*с

л2 =0,552 Вт/м*К, С2 =3462,5Дж/кг*К

Отношение было принято равным 0,99.

Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для охлаждающей воды. Для этого определим:

q = K* Дtср=1209*50,061 = 60524 Вт/м2

Дt1 = q/б1 = 60524/8595 = 7,04 0С

tст1 = t1 + Дt1 = 17,50 + 7,04 = 24,54 0С

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 24,5 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

20

30

24,54

л Вт/м*К

0,599

0,618

0,603

Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды в зависимости от температуры (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

24

25

24,54

м*10-3 Па* с

0,9142

0,8937

0,9189

С1=4,185 кДж/кг*К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Отношение было принято равным 1,01.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Дальнейшее уточнение не требуется, так как расхождение между К? и К не превышает 5%.

q = K* Дtср=1173*50,061 = 58722 Вт/м2

F?р = Q/q = 913556/58722 =15,56 м2

С запасом 10%: Fр = 17,11 м2

Площадь поверхности теплообмена одного элемента длиной 6 м:

F1 = рdсрL = 3,14*0,0535*6 = 1,01 м2

N = Fр/n*F1 = 17,11/2*1,01 = 9 шт.

Вариант №2 Одноходовый теплообменник.

Ш Коэффициент теплоотдачи для раствора гидроксида натрия.

Уточняю значение для критерия Re2:

Критерий Прандтля для раствора гидроксида натрия при t2 = 63 0С:

С2=3462,5 кДж/кг*К, м=2,084*10-3 Па*с, л=0,552 Вт/м*К.

Отношение принято равным 0,99 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ш Коэффициент теплоотдачи для охлаждающей воды.

Уточняю значение для критерия Re1:

Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды в зависимости от температуры. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

17

18

17,5

м*10-3 Па* с

1,083

1,056

1,0695

Коэффициент е = 0,6. (табл. 4.5) [1, с.157]:

Отношение принято равным 1,01 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ш Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия. Для этого определим:

q = K* Дtср=1006*50,061 = 50361 Вт/м2

Дt2 = q/б2 = 50361/1988 = 25,34 0С

tст2 = t2 - Дt2 = 62,94 - 25,34 = 37,6 0С.

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. VIII) [1, с.515]:

t 0С

30

40

37,6

м мПа* с 25%

5,25

3,86

4,194

С2 = 3462,5 Дж/кг*К, м = 4,194*10-3 Па*с, л2 = 0,552 Вт/м*К.

Отношение было принято равным 0,99.

Ш Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для охлаждающей воды. Для этого определим:

q = K* Дtср=1006*50,061 = 50361 Вт/м2

Дt1 = q/б1 = 50361/9725 = 5,18 0С

tст1 = t1 + Дt1 = 17,50 + 5,18 = 22,68 0С

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 22,68 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

20

30

22,68

л Вт/м*К

0,599

0,618

0,604

Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды при t1 = 22,68 0С. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

22

23

22,68

м*10-3 Па* с

0,9579

0,9358

0,9429

С1=4,187 кДж/кг*К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Отношение было принято равным 1,01.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ш Произведём дальнейшее уточнение, так как расхождение между б2?, б2 и К ?, К превышает 5%.

Ш Уточним значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия. Для этого определим:

q? = K?* Дtср=922,4*50,061 = 46176 Вт/м2

Дt?2 = q?/б?2 = 46176/1686 = 27,39 0С

t?ст2 = t2 - Дt?2 = 62,94 - 27,39 = 35,55 0С.

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. VIII) [1, с.515]:

t 0С

30

40

35,55

м мПа* с 25%

5,25

3,86

4,631

С2 = 3462,5 Дж/кг*К, м = 4,631*10-3 Па*с, л2 = 0,552 Вт/м*К.

Отношение было принято равным 0,8396.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Дальнейшее уточнение не требуется, так как расхождение между б1?, б1 и б2?, б2 , и К ?, К?? не превышает 5%.

q??? = K???* Дtср=909,9*50,061 = 45551 Вт/м2

F?р = Q/q = 913556/45551 = 20,06 м2

С запасом 10%: Fр = 22,06 м2

Площадь поверхности теплообмена одного элемента длиной 3 м: F1 = 3 м2

N = Fр/n*F1 = 22,06/3 = 8 шт.

Из расчёта следует , что дальнейшее уменьшение скорости рассола приведёт к ещё большему снижению коэффициента К и росту поверхности теплопередачи. Однако, учитывая то обстоятельство, что в более крупных аппаратах расход металла на единицу площади теплообмена меньше, чем в мелких аппаратах, выполним расчёт более крупного аппарата. При течении раствора NaOH в ламинарном режиме коэффициент теплопередачи будет ниже, чем при переходном режиме, и с уменьшением скорости увеличивается возможность отложения загрязнений на поверхности теплообмена. Поэтому попытаемся подобрать аппарат с переходным режимом течения раствора NaOH.

Минимальная скорость течения, обеспечивающая объёмный расход раствора гидроксида натрия при Re2 >2320:

Максимальное число труб O25 х 2 мм, обеспечивающих объёмный расход раствора гидроксида натрия при Re2 >2320 :

Двухходовые аппараты с наружным диаметром кожуха 325 мм согласно (табл. 4.12) [1, с.215] с длиной труб 4 метра потребуется минимум два. Шестиходовый аппарат с внутренним диаметром кожуха равным 600 мм согласно (табл. 4.12) [1, с.215] имеет незначительно большее трубное проходное сечение, а межтрубное в значительно мень-шей степени оказывает влияние на коэффициент К. Поэтому может быть целесообразно применение шестиходового аппарата, так как он потребуется только один.

Вариант №3: Шестиходовый теплообменник.

Ш Коэффициент теплоотдачи для раствора гидроксида натрия.

n I =196/6=32,667 Дtб = 88 0С Дtм = 25 0С

Уточняю значение для критерия Re2:

Средняя разность температур: Дtср = 45,49 0С

Средняя температура раствора гидроксида натрия:

t2 = tн2- Дtср = 113 0С - 45,49 0С = 67,51 0С ? 67,5 0С

Нахождение динамического коэффициента вязкости раствора гидроксида натрия при t2 = 67,5 0С

Плотность растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IV) [1, с.512]:

t 0С

60

80

67,5

С кг/м3 при 30%

1303

1289

1298

С кг/м3 при 20%

1196

1183

1191

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IX) [1,с.516]:

t 0С

60

80

67,5

м мПа* с 30%

3,4

2,16

2,934

м мПа* с 20%

1,63

1,27

1,495

xv2 = 1-xv1 = 1- 0,5214=0,4786

м=1,954*10-3 Па*с

Критерий Прандтля для раствора гидроксида натрия при t2 = 67,5 0С:

С2=3462,5 кДж/кг*К, м=1,954*10-3 Па*с, л=0,552 Вт/м*К.

Отношение принято равным 0,99 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ш Коэффициент теплоотдачи для охлаждающей воды.

Уточняю значение для критерия Re1:

Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды в зависимости от температуры. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

17

18

17,5

м*10-3 Па* с

1,083

1,056

1,0695

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 17,5 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]

t 0С

10

20

17,5

л Вт/м*К

0,575

0,599

0,593

Коэффициент е = 0,6. (табл. 4.5) [1, с.157]:

Отношение принято равным 1,01 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи.

Ш Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия. Для этого определим:

q = K* Дtср=509,1* 45,49 = 23159 Вт/м2

Дt2 = q/б2 = 23159/843,2 = 27,47 0С

tст2 = t2 - Дt2 = 62,94 - 27,47 = 35,47 0С ? 35,5 0С.

Динамические коэффициенты вязкости растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. VIII) [1, с.515]:

t 0С

30

40

35,5

м мПа* с 25%

5,25

3,86

4,625

С2 = 3462,5 Дж/кг*К, м = 4,625*10-3 Па*с, л2 = 0,552 Вт/м*К.

Отношение было принято равным 0,99.

Ш Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для охлаждающей воды. Для этого определим:

q = K* Дtср=509,1* 45,49 = 23159 Вт/м2

Дt1 = q/б1 = 23159/2561 = 9,04 0С

tст1 = t1 + Дt1 = 17,50 + 9,04 = 26,54 0С

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 26,54 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

20

30

26,54

л Вт/м*К

0,599

0,618

0,611

Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды при t1 = 26,54 0С. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

26

27

26,54

м*10-3 Па* с

0,8737

0,8545

0,8747

С1=4,183 кДж/кг*К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Отношение было принято равным 1,01.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ш Произведём дальнейшее уточнение, так как расхождение между б2?, б2 и К ?, К превышает 5%.

Ш Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия. Для этого определим:

q = K* Дtср= 451,2* 45,49 = 20525 Вт/м2

Дt2 = q/б2 = 20525/843,2 = 29,90 0С

tст2 = t2 - Дt2 = 62,94 - 29,90 = 33,04 0С ? 33 0С.

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. VIII) [1, с.515]:

t 0С

30

40

33

м мПа* с 25%

5,25

3,86

4,833

С2 = 3462,5 Дж/кг*К, м = 4,833*10-3 Па*с, л2 = 0,552 Вт/м*К.

Отношение было принято равным 0,8063.

Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для охлаждающей воды. Для этого определим:

q? = K?* Дtср=451,2* 45,49 = 20525 Вт/м2

Дt?1 = q?/б?1 = 20525/2688 = 7,64 0С

t?ст1 = t1 + Дt?1 = 17,50 + 7,64 = 25,14 0С

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 25,14 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

20

30

25,14

л Вт/м*К

0,599

0,618

0,609

Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды при t1 = 26,54 0С. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

25

26

25,14

м*10-3 Па* с

0,8937

0,8737

0,8909

С1=4,183 кДж/кг*К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Отношение было принято равным 1,0599.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Дальнейшее уточнение не требуется, так как расхождение между б1?, б1 и б2?, б2 , и К ?, К?? не превышает 5%.

q?? = K??* Дtср=447,5* 45,49 = 20357 Вт/м2

F?р = Q/q?? = 913556/20357 = 44,88 м2

В виду отсутствия в переходном режиме надёжных формул для критерия Нуссельта введём дополнительный запас 10% получим Fр = 49,37 м2.

Площадь поверхности теплопередачи одного аппарата с трубами L = 4 м (табл. 4.12) [1, с. 215]: составит 61 м2.

Запас поверхности составляет при этом:

F-Fр/ Fр = 61 - 49,37/49,37 = 23,6 %

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

3. Расчет гидравлических сопротивлений

3.1 Двухтрубчатый теплообменник

Расчет гидравлического сопротивления двухтрубчатого теплообменника произво-дится по формулам, приведенным ниже:

Скорость жидкости в трубах:

Коэффициент трения рассчитывается по формуле:

Где е - высота выступов шероховатостей (принимаю е = 0,2 • 10 -3 м)

Диаметр штуцеров к распределительной камере dтр.ш = 0,1 м. (таб. II.8.)

Скорость раствора гидроксида натрия в штуцерах:

В трубном пространстве местные сопротивления: вход в теплообменник и выход из неё, пять поворотов на 1800 и по шесть раз вход в трубы и выход из них.

Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно:

А180 = 1,40 , В2 = 0,15; АВ = 0,21. (табл. XIII) [1, с.521].

3.2 Шестиходовый теплообменник

Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубчатых теплообменников производится по формулам, приведенным ниже.

Скорость жидкости в трубах:

Коэффициент трения рассчитывается по формуле:

Где е - высота выступов шероховатостей (принимаю е = 0,2 • 10 -3 м)

Диаметр штуцеров к распределительной камере dтр.ш = 0,1 м. (таб. II.8.)

Скорость раствора гидроксида натрия в штуцерах:

В трубном пространстве местные сопротивления: вход в камеру и выход из неё, восемь поворотов на 1800 и по девять раз вход в трубы и выход из них.

Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно:

с= xv11 + xv2 2,= 0,5214*1191 + 0,4786*1298=1242 кг/м3

Вывод

гидроксид натрия раствор теплообменник

Целью данной курсовой работы было подобрать теплообменник для охлаждения раствора гидроксида натрия с концентрацией 25%, по массе. Раствор поступает в аппарат после выпаривания. Нами были рассмотрены несколько вариантов подходящих по площади поверхности и по числу труб, обеспечивающих объёмный расход при турбулентном и переходном течении жидкости, теплообменников. Одноходовый теплообменник обеспечивающий течение раствора гидроксида натрия в переходном режиме имеет малую поверхность теплообмена. Для обеспечения необходимой площади поверхности их потребуется семь, а это влечет за собой высокую металлоёмкость. Двухтрубчатый теплообменник является наиболее простым, но обладает очень высоким сопротивлением которое составляет 18009 Па. У шестиходового кожухотрубчатого теплообменника сопротивление равно 3407 Па, что в 5,3 раза ниже. Вместе с тем теплообменник типа «труба в трубе» более громоздок, чем кожухотрубчатые, и требуют большего расхода металла на единицу поверхности теплообмена. Поэтому эти теплообменники использовать не рационально.

Таким образом, поставленная задача решается применением шестиходового кожухотрубчатого теплообменника принимаемого с учётом всех факторов (гидравлического сопротивления, площади поверхности теплообмена, металлоёмкости, окончательной цены аппарата).

Но наиболее полно оптимизировать весь технологический процесс можно, если рассматривать отдельные его стадии не отдельно друг от друга, а считая их единым целым. Начальная температура охлаждающей воды может различаться в зависимости от сезона, а получаемое тепло от охлаждения раствора гидроксида натрия можно, также использовать в производстве. В результате, сложность вычислений заметно усложняется, но применение современной вычислительной техники позволяет и в этом случае оптимизировать технологический процесс.

Список использованных источников

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987, 576 с.

2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Курсовое проектирование. - М.: Химия, 1991, 462 с.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973, 750 с.

4. Справочник химика. - М. - Л.: Госхимиздат, 1963, Т.1, 1071 с.

5. Справочник химика. - М. - Л.: Госхимиздат, 1965, Т.3, 1008 с.

6. Кувшинский М.Н. Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету "процессы и аппараты химической промышленности". - М.: Высшая школа, 1980, 223 с.

7. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: в 2 кн - М.: Химия, 1995.

8. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: учебник: в 2 кн. / В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носков и др. Под ред. В.Г. Айнштейна. М.: Логос; Высшая школа, 2003.

9. Физическая химия. Под ред. Стромберг А.Г. М.: - Высшая школа, 1988, 496 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Схема ректификационной установки. Расчет тепловой нагрузки. Ориентировочный выбор теплообменника: шестиходовый, четырехходовый, двухходовый, одноходовый. Расчет гидравлических сопротивлений. Механические расчеты узлов и деталей химических аппаратов.

    курсовая работа [792,2 K], добавлен 03.07.2011

  • Ежегодная мировая выработка едкого натра. Ферритный способ производства гидроксида натрия. Химический способ получения - взаимодействие карбоната натрия с известью. Промышленные методы производства гидроксида натрия. Концентрация исходного раствора.

    методичка [1,3 M], добавлен 19.12.2010

  • Рассмотрение основных видов теплообменных аппаратов, применяемых в химической промышленности. Описание технологической схемы установки теплообменника. Ознакомление с основными законами гидродинамики. Гидравлический расчёт трубопровода и подбор насоса.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.05.2014

  • Определение свойств теплоносителей. Оценка коэффициента теплопередачи и ориентировочной поверхности теплообмена. Конструкция вертикального кожухотрубчатого теплообменника жесткого типа. Расчет скорости воды в межтрубном пространстве теплообменника.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.11.2013

  • Теплопередача при постоянных температурах теплоносителей. Уравнение аддитивности термических сопротивлений. Электропечи прямого действия. Виды теплообменных аппаратов: поверхностные, смесительные, регенеративные. Полочный и насадочный теплообменник.

    лекция [113,3 K], добавлен 10.08.2013

  • Теоретические основы теплообменного процесса. Тепловые, материальные расчеты. Выбор типа, конструкции теплообменного аппарата. Гидравлическое сопротивление трубного пространства. Преимущества теплообменников "труба в трубе". Тепловое сопротивление стенки.

    курсовая работа [433,5 K], добавлен 13.06.2015

  • Характеристика процесса ионного произведения воды. Определение рН раствора при помощи индикаторов и при помощи универсальной индикаторной бумаги. Определение рН раствора уксусной кислоты на рН-метре. Определение рН раствора гидроксида натрия на рН-метре.

    лабораторная работа [25,2 K], добавлен 18.12.2011

  • Расчет параметров и выбор теплообменника для подогрева толуола, обеспечивающего объёмный расход при турбулентном течении жидкости. Сравнительный анализ конструкций одноходового и двухходового теплообменников, оценка достоинств и недостатков моделей.

    курсовая работа [206,1 K], добавлен 03.07.2011

  • Конструктивные параметры теплообменника. Тепловой баланс пленочного испарителя. Нагреваемая среда – эфирный раствор с диэтиловым эфиром. Температура эфирного раствора на входе и на входе. Удельная теплоемкость эфирного раствора рассчитывается по формуле.

    реферат [189,1 K], добавлен 16.03.2009

  • Назначение и области применения теплообменного оборудования. Технологическая схема установки. Выбор конструкционного материала. Расчет поверхности теплообмена и подбор теплообменника. Прочностной, конструктивный и гидравлический расчет теплообменника.

    курсовая работа [755,5 K], добавлен 26.07.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.