Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Декабря 2014 в 19:05, курсовая работа
Теплообменными аппаратами называют аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к другим.
К числу наиболее применяемых теплообменников относятся кожухотрубчатые. В таких теплообменниках одна среда движется внутри труб, а другая в межтрубном пространстве.
Введение………………………………………………………………....3
Технологическая схема установки и ее описание…………………….4
Описание конструкции аппарата и обоснование его выбора………..6
Технологический расчет………………………………………………...8
Определение теплофизических свойств теплоносителей…….8
Определение расходов теплоносителей……………………….8
Определение средней скорости и критериев Рейнольдса для теплоносителей………………………………………………….9
Определение коэффициента теплопередачи……………….....10
Определение диаметров штуцеров…………………………………… 11
Гидравлический расчет аппарата………………………………………12
Список использованной литературы………
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Химическая технология переработки нефти и газа»
КУРСОВАЯ РАБОТА
«Расчет горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для нагрева воды воздухом»
Студент IV-ХТ- 1
Преподаватель
Самара 2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
В химической и нефтехимической промышленностях широко распространены тепловые процессы - нагревание и охлаждение, кипение и конденсация жидкостей и газов, которые проводятся в теплообменных аппаратах (теплообменниках).
Теплообменными аппаратами называют аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к другим.
К числу наиболее применяемых теплообменников относятся кожухотрубчатые. В таких теплообменниках одна среда движется внутри труб, а другая в межтрубном пространстве. Такие теплообменники просты в изготовлении, имеют большую надежность, по сравнению с другими теплообменниками, при работе с агрессивными средами, их можно применять и при значительных скоростях теплоносителей, они имеют широкий диапазон поверхности теплообмена, технология их изготовления проста и хорошо изучена.
Применение теплообменных аппаратов различной конструкции на химических и нефтехимических производствах позволяет максимально использовать тепло или холод отходящих потоков. Важной составной частью любых установок является обвязка ее теплообменными аппаратами.
2. Технологическая схема установки и ее описание
Рис.2.1. Схема непрерывно действующей ректификационной установки
Принципиальная схема ректификационной установки для разделения этилового спирта и воды представлена на рис. 1. Исходная смесь забирается насосом из емкости Е-1 (2), подогревается в регенеративном теплообменном аппарате Т-1 (3) за счет воздуха до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну К-1 (1) на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси .
Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике Т-2 (5). Начальный состав пар примерно равен составу кубового остатка , т.е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава , которая получается в кожухотрубчатом теплообменном аппарате Т-3 (4) путем конденсации пара, выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения - дистиллята, который выводится с установки, другая часть подается в виде холодного орошения в верх колонны.
Из кубовой части самотеком непрерывно выводится кубовая жидкость –продукт, обогащенный труднолетучим компонентом, который охлаждается и частично выводится с установки.
Таким образом, в ректификационной колонне осуществляется непрерывный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.
3. Описание конструкции аппарата и обоснование его выбора
Для данной курсовой работы выбираем горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник жесткого типа. Горизонтальное расположение теплообменника обусловлено простотой его обслуживания. Расположение труб выбираем шахматное с шагом 1,3d.
Хладагент, в качестве которого выступает вода, направляем в трубное пространство теплообменника, исходя из рекомендаций [2]. Теплоноситель, в качестве которого выступает воздух, направляем в межтрубное пространство.
При выборе направления потоков выбираем противоток, так как при противоточном движении достигаем более эффективного теплообмена.
При выборе теплообменника задаемся коэффициентом теплопередачи на основании рекомендаций [2], равным 17 Вт/. При этом площадь поверхности теплообмена выбираем с запасом 10,2 % .
Характеристики теплообменного аппарата приведены ниже:
Наружный диаметр кожуха, мм
Внутренний диаметр, мм
Число труб
Число ходов по трубам
Длина труб, м
Поверхность теплообмена,
В качестве теплоносителя в данной курсовой работе используется воздух, его целесообразно подавать в межтрубное пространство, так как при нагревании газы способны расширятся. В качестве хладагента используется вода, ее целесообразно подавать в трубное пространство теплообменника.
Вода присваиваем индекс единицу, а воздуху индекс два.
Средняя температура воды равна:
= = 32,5
Средняя температура воздуха равна:
= = 105
Теплофизические свойства теплоносителей определены по таблицам и номограммам [1] и представлены в табл.4.1.
Таблица 4.1.
Теплофизические свойства теплоносителей
Теплоноситель |
|
с, кДж/кг |
λ, Вт/м |
Pr | ||
|
32,5 |
994,3 |
4,18 |
0,760 |
0,6164 |
5,4 |
|
105 |
1,87 |
1,02 |
0,022 |
0,0246 |
0,91 |
Где плотность воздуха равна:
= = 1,87
В области низких давлений ( теплоемкость, вязкость и теплопроводность веществ мало зависят от давления, поэтому в данном примере указанные свойства берутся при атмосферном давлении ( = 0,6 МПа, = 0,2 МПа).
Составим схему теплообмена двух сред:
150---------------------------
40 ------------------------------
110 35
Найдем среднюю разность температур теплоносителей:
= = 65,5
Найдем объемный расход воды:
= = 0,01 = 0,00078 ,
Где - площадь трубного пространста:
= = 0,078
Тогда массовый расход воды будет равен:
= = 0,00078 = 0,78 .
Составим тепловой баланс аппарата для нахождения расхода воздуха:
= = 0,78 = 48906 Вт
Тогда расход воздуха равен:
= = 0,44 кг/с.
Объемный расход воздуха равен:
= = 0,235 .
Для воды:
= = 261,7.
Так как , режим течения воды по трубам является ламинарным.
Для воздуха:
= = 1,46 м/с.
Где - площадь межтрубного пространства теплообменника
= ) = 0,785,
- наружный диаметр труб, =0,02
= = 2978,4.
Где - эквивалентный диаметр межтрубного пространства, равный:
= = 0,024 м.
Так как , режим течения воздуха по межтрубному пространству является неустойчиво турбулентным.
Для воды:
В случае ламинарного движения потока по трубам определяющей температурой является t = 0,5 ( ). Примем = 40 , тогда
t = (40+32,5)/2 = 36,3.
Определяем свойства воды при температуре 36,3 по данным [1]:
= 992,5
= 4190 кДж/кг
= 0,637 Вт/м
= 0,4
= 0,7 мПа
=4,5
= 3
= = 226,9 = 8,2.
Следовательно, критерий Нуссельта для воды рассчитываем по уравнению [1], так как 1 и ,
= 0,5 ) = 4,1.
Тогда коэффициент теплоотдачи со стороны воды равен:
= = 163,23 Вт/.
Для воздуха:
В случае неустойчивого турбулентного режима определяющей является средняя температура воздуха = 105 . Выбираем уравнение [1] для горизонтального расположения труб:
= = 21,8.
Тогда :
= = 20 Вт/.
Расчетный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений стенки равен:
= = 18,7 Вт/.
Расчетный коэффициент теплопередачи с учетом загрязнений стенки.
Термическое загрязнение со стороны воды принимается равным = 1/4500 Вт/, термическое загрязнение со стороны воздуха принимается равным = 1/2500 Вт/, по рекомендациям [1].
= = 17,2 Вт/.
Определим температуры стенки со стороны воды и воздуха (см.рис.4.1.).
= 32,5 = 39,7 .
= 105 – = 49 .
Так как при расчете коэффициента теплоотдачи со стороны воды мы задались температурой стенки близкой К расчетной, то уточненного расчета коэффициента теплопередачи производить не требуется.
Рис.4.1. Принципиальная схема теплопередачи сред через плоскую стенку.
Площадь поверхности теплообмена равна:
Информация о работе Расчет горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для нагрева воды воздухом