Подбор теплообменника для проведения процесса охлаждения и конденсации пара толуола
Классификация теплообменных аппаратов. Расчёт гидравлического сопротивления теплообменника. Расчет холодильника первой ступени. Вычисление средней разности температур теплоносителей. Расчет конденсатора паров толуола и поверхности теплопередачи.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.11.2009 |
| Размер файла | 688,1 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.
364674,7
мж, 10-3•Па•с
0,264
сж, кг/м3
782,6
лж, Вт/(м•К)
0,117
Подставляя данные таблицы 3.2 в выражение (3.14), получим:
б1 = 0,72•0,6•[(364674,7• 782,62 • 0,1173• 9,81)/(0,264 • 10-3 • 0,02 • 12,7)]1/4 = = 1104,96 Вт/(м2•К)
Вычислим тепловые нагрузки со стороны каждого из теплоносителей:
- со стороны паров толуола
q? = б1?Дt1 = 1104,96•17,15 = 18950 Вт/м2;
- со стороны толуола
q? = б2?Дt2 = 1327,75•17 = 22571,75 Вт/м2.
Как видим, q??q?.
Для второго приближения зададим Дt2 = 15 °С
Тогда
tст2 = 67,9+15 = 82,9 °С
РгАст = 1998,18•0,311 •10-3 /0,12229 = 5,08
б2 = (0,12229/0,016)•0,023•25273,280,8•(6,62/5,08)0,25•6,620,4 = 1331,12 Вт/(м2•К)
Дtст = 1331,12 •15•3,88•10-4 = 7,74 °С
Дt1 = 42,9-7,74-15 = 20,16 °С
tпл = 110,8-20,16/2 = 100,72 °С
Таблица 3.3 - Параметры rА, сж, лж, мж для толуола при температуре tпл = = 100,72°С [3]
|
rА, кДж/кг |
368700 |
мж, 10-3•Па•с |
0,271 |
|
|
сж, кг/м3 |
788 |
лж, Вт/(м•К) |
0,118 |
Подставляя данные таблицы 3.3 в выражение (3.14), получим:
б1 = 0,72•0,6•[(368700• 7882 • 0,1183 •9,81)/(0,271 • 10-3 • 0,02 • 20,16)]1/4 =
= 1041,15 Вт/(м2•К)
Тепловые нагрузки со стороны каждого из теплоносителей равны:
- со стороны паров толуола
q? = б1?Дt1 = 1041,15 •20,16 = 20989,5 Вт/м2;
- со стороны толуола
q? = б2?Дt2 = 1331,12•15 = 19966,8 Вт/м2.
Очевидно, что q??q?.
Для третьего приближения зададим Дt2 = 15,5 °С
Тогда
tст2 = 67,9+15,5= 83,4 °С
РгАст = 2001,63•0,309 •10-3 /0,122 = 5,07
б2 = (0,122/0,016)•0,023•25273,280,8•(6,62/5,07)0,25•6,620,4 = 1328,6 Вт/(м2•К)
Дtст = 1328,6 •15,5•3,88•10-4 = 7 °С
Дt1 = 42,9-7-15,5 = 20,4 °С
tпл = 110,8-18,66/2 = 101,5 °С
Таблица 3.4 - Параметры rА, сж, лж, мж для толуола при температуре tпл = = 101,5 °С [3]
|
rА, кДж/кг |
366343,5 |
мж, 10-3•Па•с |
0,27 |
|
|
сж, кг/м3 |
785,8 |
лж, Вт/(м•К) |
0,1179 |
Подставляя данные таблицы 3.4 в выражение (3.14), получим:
б1 = 0,72•0,6•[(366343,5• 785,82 • 0,11793 • 9,81)/(0,27 • 10-3 • 0,02 • 20,4)]1/4 = 1049,52 Вт/(м2•К)
Тепловые нагрузки со стороны каждого из теплоносителей равны:
- со стороны паров толуола
q? = б1?Дt1 = 1058,85•18,66 = 21410,2 Вт/м2;
- со стороны толуола
q? = б2?Дt2 = 1328,6 •15,5 = 20593,3 Вт/м2.
Как видим, q? ? q?.
Расхождение между тепловыми нагрузками (3,8%) не превышает 5%, следовательно, расчет коэффициентов б1 и б2 на этом можно закончить.
Коэффициент теплопередачи равен:
К=1/(1/1058,85+1/1328,6 +3,88•10-4) = 479,59 Вт/(м2К)
Найдем уточненное значение относительной тепловой нагрузки qср, как среднее арифметическое q? и q?
qср = (q?+ q?)/2 = (21410,2 +20593,3)/2 = 21001,75 Вт/м2
Известно, что относительная тепловая нагрузка связана с коэффициентом теплопередачи следующим образом:
q=K•Дtср (3.15)
Тогда выражение для нахождения уточненного значения требуемой поверхности теплообмена примет вид
F = Q/(K•Дtср) = Q/qср (3.16)
F = 1057130,52/21001,75= 50,33 м2
Данный кожухотрубный теплообменник с длиной труб L = 3 м и поверхностью F = 60 м2, подходит с запасом:
? = [(60-50,33)/60]•100% = 16 %
Результаты уточненного расчета поверхности теплопередачи сведены в таблицу 3.5.
Таблица 3.5 - Результаты уточненного расчета поверхности теплопередачи
|
F, м2 |
RеС |
Положение труб |
б1, Вт/(м2•К) |
б2, Вт/(м2•К) |
|
|
50,33 |
25273,28 |
горизонтально |
1049,52 |
1328,6 |
3.6 Расчёт гидравлического сопротивления теплообменника
Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве ?pтр рассчитываем по формуле:
?pтр = л?L?z?w2тр?стр/2d +[2,5(z-1)+2z]•w2тр?стр/2+3 w2тр.ш?стр/2 (3.17)
Скорость толуола рассчитывается по формуле:
wтр=4•GС?z/(р?d2вн?n?сС) (3.18)
Отсюда скорость будет равна:
wтр= 4•6,5•6/(3,14•0,016 2 •316•830,4) = 0,739 м/с.
Коэффициент трения в трубах рассчитывается по формуле:
л = 0,25{lg[e/3,7+(6,81/Reтр)0,9]}-2, (3.19)
где е = Д/dвн - относительная шероховатость труб; Д - высота выступов шероховатостей
е = 0,0002/0,016 = 0,0125.
Отсюда коэффициент трения будет равен:
л = 0,25{lg[0,0125/3,7+ (6,81/25273,28) 0,9]}-2= 0,0434.
Скорость толуола в штуцерах рассчитывается по формуле:
wшт = 4•GС/(р?dшт2?сС) (3.20)
Отсюда скорость раствора в штуцерах будет равна:
wшт = 4•6,5/(3,14•0,12 •830,4) = 0,997 м/с.
Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве:
?pтр=0,0434•3•6•0,7392•830,4/(0,016•2)+[2,5(6-1)+2•6]•0,7392•830,4/2+ 3•830,4•0,9972/2 = 17864,5Па.
Результаты гидравлического расчета кожухотрубчатого конденсатора сведены в таблицу 3.6.
Таблица 3.6 - Результаты гидравлического расчета
|
л |
wтр, м/с |
wтр.шт, м/с |
Дpтр, Па |
|
|
0,0434 |
0,739 |
0,997 |
17864,5 |
Заключение
В данной курсовой работе произведены теплотехнический, конструктивный и гидравлический расчеты теплообменников. На основании этих данных было подобрано следующее оборудование для проведения процесса охлаждения пара толуола и его конденсации: вертикальный холодильник и горизонтальный конденсатор.
В вертикальный одноходовой холодильник с параметрами:
-- диаметр кожуха 1000 мм;
-- число труб 747;
-- длина труб 1 м;
-- поверхность теплообмена 58,67 м2.
поступает пар толуола (массовый расход равен 2,92 кг/с) при атмосферном давлении. Там он охлаждается со 160 °С до 110,8 °С. Охлаждающим теплоносителем служит воздух (давление 0,15 МПа, массовый расход 5,9кг/с). Который нагревается с 25 °С до 60 °С. Тепловая нагрузка со стороны толуола равна 219920,85 Вт, а со стороны воздуха -- 208924,8 Вт.
Конденсация паров толуола производится в горизонтальном конденсаторе с параметрами:
-- диаметр кожуха 600 мм;
-- число труб 316;
-- длина труб 3 м;
-- число ходов 6;
-- поверхность теплообмена 60 м2.
Охлаждающим теплоносителем служит толуол (давление 0,5 МПа, массовый расход 6,5 кг/с), который нагревается с 20 °С до 95 °С. Тепловая нагрузка со стороны паров толуола равна 1057130,52 Вт, со стороны толуола 1004274 Вт.
Список использованных литературных источников
1. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1973.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю. И. Дытнерского.- М.: Химия, 1991.
3. К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1970.
4. Калишук Д.Г., Протасов С.К., Марков В.А. Процессы и аппараты химической технологии. Методические указания к курсовому проектированию по одноименной дисциплине для студентов очного и заочного обучения. - Мн: Ротапринт БГТУ, 1992.
5. Гельперин Н. И. Основные процессы и аппараты химической технологии М.: Химия, 1981. Т. 1. 384 с.
6. Плановский А. Н., Рамм В. М., Каган С. 3. Процессы и аппараты химической технологии М.: Химия, 1967 848 с
Подобные документы
Проект горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты. Технологический расчет коэффициента теплопередачи, конденсатора, определение площади поверхности теплообмена. Подбор шестиходового теплообменника.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.09.2014Определение тепловой нагрузки теплообменника, средней разности температур, коэффициента теплопередачи и трения, гидравлического сопротивления. Эскиз конденсатора и схема адсорбционной установки непрерывного действия с псевдоожиженным слоем адсорбента.
курсовая работа [432,0 K], добавлен 03.07.2011Понятие и классификация теплообменных аппаратов. Определение площади поверхности теплообмена и коэффициента теплопередачи. Расчет гидравлических и механических характеристик устройства. Обоснование мероприятий по снижению гидравлического сопротивления.
курсовая работа [83,2 K], добавлен 17.07.2012Тепловой 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 09.07.2011Проектирование холодильника-конденсатора для конденсации водяного пара. Определение тепловой нагрузки аппарата, количества тепла при конденсации насыщеных паров, расхода охлаждающей воды, максимальной поверхности конденсации. Механический расчет деталей.
курсовая работа [287,2 K], добавлен 14.07.2011Тепловой, механический, конструктивный и гидравлический расчет теплообменника, который предназначен для проведения теплообменных процессов: нагревания, охлаждения, конденсации испарения. Определение гидравлического сопротивления трубного пространства.
курсовая работа [393,7 K], добавлен 17.05.2011Характеристика 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 13.08.2011Проектирование 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 29.12.2010Классификация 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 16.03.2012Назначение аппарата воздушного охлаждения для конденсации паров бензина, его место в технологической схеме блока АТ. Классификация воздухоподающих устройств и трубных секций. Расчет температуры начала и конца конденсации. Тепловая нагрузка конденсатора.
курсовая работа [198,3 K], добавлен 04.06.2012
