Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа
Расчет кожухотрубчатого теплообменника, средней разницы температур между теплоносителями, объемного и массового расхода теплоносителя, тепловой нагрузки на аппарат, массового и объемного расхода хладагента. Теплофизические свойства теплоносителей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.10.2008 |
| Размер файла | 342,0 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.
3
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра «Химической технологии и промышленной экологии»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа.
Выполнил: студент 3 - ИТ - III
Шибаев Владимир
____________
(подпись)
Проверил: Филлипов В.В,
_____________
(подпись)
Содержание.
1. Задание на расчет кожухотрубчатого теплообменника……………………1
2. Расчет кожухотрубчатого теплообменника
2.1 Расчет средней разницы температур между теплоносителями......2
2.2 Расчет средней температуры каждого теплоносителя….......……...2
2.3 Теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах………………………………………………………………………2
2.4 Расчет объемного и массового расхода теплоносителя.....................3
2.5 Расчет тепловой нагрузки на аппарат..................................................3
2.6 Расчет массового и объемного расхода хладагента...........................3
2.7 Расчет средней скорости потока хладагента.......................................3
2.8 Расчет критерия Рейнольдса и режим движения каждого потока....3
2.9 Расчет ориентировочных коэффициентов теплоотдачи для каждого потока……………………………………………………………………………...3
2.10 Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи без учета загрязнения стенки..................................................................................................5
2.11 Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи с учета загрязнения стенки..................................................................................................5
2.12 Расчет температуры стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.....................................................................................5
2.13 Расчет необходимой площади теплообмена......................................7
2.14 Подбор диаметров штуцеров для ввода и вывода потоков...............7
2.15 Расчет гидравлического сопротивления трубного и межтрубного пространств, исходя из допустимых скоростей их движения...........................7
3. Выводы и рекомендации..................................................................................9
4. Библиография...................................................................................................10
РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
1. Расчет средней разницы температур между теплоносителями
Для этого определим среднюю разность температур при прямотоке теплоносителей:
100 50
20 40
80 10
Для этого определим среднюю разность температур при противотоке теплоносителей:
100 50
40 20
60 30
Так как внутри двух ходового кожухотрубчатого теплообменника нет четко определенного тока теплоносителей, то найдем среднюю температуру между противотоком и прямотоком, которая и будет использоваться в дальнейших расчетах:
2. Рассчитаем среднюю температуру каждого теплоносителя:
3. Выпишем теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах.
Таблица 1
|
Горячий теплоноситель (1) |
Хладагент (2) |
|||||||
|
октан |
вода |
|||||||
|
с1, кг/м3 |
С1, Дж/кгК |
м1, Па с |
л1, Вт/(м К) |
с2, кг/м3 |
С2, Дж/кгК |
м2, Па с |
л2, Вт/(м К) |
|
|
657 |
2056 |
0,000306 |
0,1095 |
996 |
4180 |
0,000804 |
0,618 |
4. Рассчитаем массовый и объемный расходы теплоносителя:
5. Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата:
Так как в заданном нам процессе не происходит изменение агрегатного состояние ни вещества теплоносителя, ни вещества хладагента, то тепловая нагрузка находится по формуле
6. Рассчитаем массовый и объемный расход хладагента:
Исходя из теплового баланса и ранее найденной тепловой нагрузки на аппарат, получим:
7. Рассчитаем среднюю скорость хладагента:
8. Рассчитаем критерий Рейнольдса и режим движения каждого потока:
- развитое турбулентное движение
- развитое турбулентное движение
9. Рассчитаем ориентировочные коэффициенты теплоотдачи для каждого потока.
Коэффициент теплоотдачи находится по формуле . Для расчета необходимо подобрать критериальное уравнение расчета критерия Нуссельта.
Так как горячий поток движется турбулентно в прямых трубах, то критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта будет выглядеть так:
, где для охлаждающихся жидкостей при допустимой погрешности, - коэффициент зависящий от геометрии аппарата и режима движения потока берется их таблицы 2, - критерий Прандтля.
Таблица 2
|
Значение Re |
Отношение L/d |
|||||
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 и более |
||
|
10000 |
1,23 |
1,13 |
1,07 |
1,03 |
1 |
|
|
20000 |
1,18 |
1,1 |
1,05 |
1,02 |
1 |
|
|
50000 |
1,13 |
1,08 |
1,04 |
1,02 |
1 |
|
|
100000 |
1,1 |
1,06 |
1,03 |
1,02 |
1 |
|
|
1000000 |
1,05 |
1,03 |
1,02 |
1,01 |
1 |
Коэффициент Прандтля находится по формуле:
Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:
Так как холодный поток поперечно обтекает пучок гладких труб при их шахматном расположении, при турбулентном режиме движения жидкости, то критериальное уравнение для нахождения критерия Нуссельта имеет вид:
, где - критерий Прандтля, для нагревающихся жидкостей при допустимой погрешности, - коэффициент учитывающий влияние угла атаки ц находится по таблице 3.
Таблица 3
|
ц |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
30 |
20 |
10 |
|
|
1 |
1 |
0,98 |
0,94 |
0,88 |
0,78 |
0,67 |
0,52 |
0,42 |
Коэффициент Прандтля находится по формуле:
Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:
10. Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений стенки
, где - коэффициент теплопроводности стенки теплообменника
11. Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи с учета загрязнений стенки
Найдем термическое сопротивление стенки и загрязнений:
Ориентировочный коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения стенки:
12. Рассчитаем температуру стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.
Определим ориентировочно значения и , исходя из того что
, где сумма
Найдем:
Проверка суммы :
Исходя из этого, получим
Введем поправку к коэффициенты теплоотдачи, определив .
Критерий Прандтля для октана при
, где - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 4.
Таблица 4
|
Св-ва потока (1) при t'ст1 |
|||
|
Сст1, Дж/кгК |
мст1, Пас |
лст1, Вт/мК |
|
|
2105,35684 |
0,00036 |
0,14824 |
Критерий Прандтля для воды при
, где - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 5.
Таблица 5
|
Св-ва потока (2) при t'ст2 |
|||
|
Сст2, Дж/кгК |
мст2, Пас |
лст2, Вт/мК |
|
|
4180 |
0,0007 |
0,6328 |
Коэффициенты теплоотдачи:
для октана
для воды
Исправленные значения К, q, tст1, tст2
Дальнейшее уточнение б1, б2 и других величин не требуется так как расхождение между б1, и б2, и других не превышает 5%.
13. Рассчитаем необходимую площадь поверхности теплообмена
С запасом в 10%
14. Подберем диаметры штуцеров для ввода и вывода потоков, исходя из допустимых скоростей их движения.
. Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для горячего потока
. Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для холодного потока , так как расчетное значение больше чем стандартное изделие, то необходимо увеличить количество штуцеров для холодного потока.
15. Рассчитаем гидравлическое сопротивление трубного и межтрубного пространств.
Гидравлическое сопротивление в трубном и межтрубном пространстве складывается потерь на трение и местных сопротивлений.
, где - формула Блазиуса, для турбулентного движения в гладких трубах, - сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», где таких местных сопротивлений n штук (n - количество трубок). Исходя из этого . Тогда гидравлическое сопротивление:
Гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве:
, где - сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», «внезапное расширение», «внезапное сужение», «поворот потока». Исходя из этого . Тогда гидравлическое сопротивление:
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.
Необходимый процесс охлаждения провести в заданном нам аппарате не возможно, так как площадь поверхности теплообмена у заданного аппарата много меньше необходимой (). Чтобы проводить заданный процесс необходимо либо изменить конструкцию аппарата (увеличить количество ходов, «оребрить» трубки), что несомненно приведет к большим денежным затратам и сложностью обслуживания самого аппарата, либо последовательно выстроить 4 таких аппарата, что в существенной мере сократит расходы на обслуживание, но монтаж такой системы и ее «большие площади» приведут к росту постоянных затрат.
БИБЛИОГРАФИЯ.
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. - 12-е изд., стереотипное. Перепеч. с изд. 1987 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 575 с.
2. Измайлов В.Д., Филлипов В.В. Справочное пособие для расчетов по процессам и аппаратам химической технологии. Самара, СамГТУ, 2006, 43 с.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. - 11-е изд., стереотипное доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005 - 753 с.
Подобные документы
Проектный расчет воздушного холодильника горизонтального типа. Использование низкопотенциальных вторичных энергоресурсов. Определение тепловой нагрузки холодильника, массового и объемного расхода воздуха. Тепловой и экзегетический балансы холодильника.
курсовая работа [719,0 K], добавлен 21.06.2010Математическая модель рекуперативного теплообменного аппарата. Теплофизические свойства и расчёт параметров горячего и холодного теплоносителей, гидравлический и аэродинамический, тепловой расчёты. Эскизная компоновка, интенсификация теплообменника.
курсовая работа [251,7 K], добавлен 20.04.2011Определение тепловой нагрузки аппарата, расхода пара и температуры его насыщения, режима теплообменника. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления. Подсчет расходов на приобретение, монтаж и эксплуатацию теплообменного аппарата.
курсовая работа [544,4 K], добавлен 28.04.2015Технологический расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата для установки АВТ. Определение начальной температуры нефти и выбор теплообменника. Расчет гидравлического сопротивления. Описание схемы работы аппарата. Схема контроля и регулирования.
курсовая работа [624,1 K], добавлен 11.03.2011Классификация теплообменных аппаратов. Проведение поверочного теплового и гидравлического расчётов нормализованного кожухотрубного теплообменного аппарата, предназначенного для охлаждения масла водой с заданной начальной и конечной температурой.
контрольная работа [64,1 K], добавлен 16.03.2012Проектирование теплообменного аппарата. Термодинамический и гидродинамический расчет. Теплофизические свойства теплоносителей, компоновка теплообменной системы. Определение потери давления горячего и холодного теплоносителя при прохождении через аппарат.
курсовая работа [290,0 K], добавлен 19.01.2010Применение тепловых процессов, связанных с нагреванием, охлаждением, испарением и конденсацией. Осуществление непрерывного процесса нагревания органической жидкости. Общие сведения о теплообменных процессах. Расчет кожухотрубчатого теплообменника.
курсовая работа [358,6 K], добавлен 23.01.2022Проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов. Тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника, а также тепловой расчёт пластинчатого теплообменника. Расчет гидравлических сопротивлений при движении теплоносителей.
курсовая работа [562,3 K], добавлен 29.12.2010Тепловой баланс, гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника, тепловая нагрузка аппарата. Расчет площади теплообменника и подбор коэффициентов теплопередачи. Расчет параметров и суммарная площадь для трубного и межтрубного пространства.
курсовая работа [178,8 K], добавлен 09.07.2011Характеристика и классификация теплообменных аппаратов. Проект горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации перегретого пара; тепловой, гидравлический и механический расчеты; определение толщины тепловой изоляции; техника безопасности.
курсовая работа [176,2 K], добавлен 13.08.2011
