7.3Изучение конструкций, технологические расчеты кожухотрубчатых теплообменников
С применением системы инженерных расчетов MathCAD решить задачу:
-теплового расчета и выбора стандартного кожухотрубчатого теплообменника типа Н или К, подходящего для реализации указанного процесса, см. таблицу 7.3.1, Приложение Б;
-определения толщины слоя изоляции стандартного кожухотрубчатого тепло-
обменника, реализующего указанный процесс, и потерь тепла с поверхности изоляции, покрытой масляной краской, см. таблицу 7.3.2.
В отчет о выполнении задания включить формулировку задачи и необходимые комментарии к расчетным формулам.
Обозначения к таблицам:
V1, V2 – объемный расход продукта и тепло-хладагента;
t1н, t2н – начальная температура продукта и тепло-хладагента; t1к, t2к – конечная температура продукта и тепло-хладагента; Р1абс, Р2абс – абсолютное давление продукта и тепло-хладагента; mи – материал изоляции: mи = 1 - асбестовая ткань,
mи = 2 |
- стекловата, |
mи = 3 |
- асбестовый шнур, |
mи = 4 |
- асбестовый картон, |
m и = 5 |
- строительный войлок, |
m и = 6 |
– асбесто-цементный раствор; |
tи – допустимая температура поверхности изоляции; t0 – температура окружающего воздуха;
D – внутренний диаметр кожуха теплообменника; L – длина кожуха и труб;
δк – толщина стенки кожуха.
Таблица 7.3.1 Исходные данные для расчета и выбора теплообменника
№ |
Процесс |
|
|
Продукт |
|
|
Тепло-хладагент |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
V1, |
|
t1н, |
t1к, |
Р1абс, |
V2, |
|
|
t2н, |
t2к, |
|
Р2абс, |
||
|
|
м3/ч |
|
оС |
оС |
МПа |
м3/ч |
|
|
оС |
оС |
|
МПа |
1 |
Охлаждение |
|
|
Этилацетат |
|
|
Баражная вода |
|
|||||
30 |
|
77 |
30 |
0,1 |
40 |
|
10 |
- |
|
0,1 |
|||
|
|
|
|
|
|||||||||
2 |
Нагревание |
|
|
Хлорбензол |
|
Конденсир. водяной пар |
|||||||
20 |
|
30 |
120 |
0,1 |
- |
|
|
- |
- |
|
0,8 |
||
|
|
|
|
|
|||||||||
3 |
Испарение |
|
|
Бензол |
|
Конд. пар дифенил. смеси |
|||||||
10,5 |
|
- |
- |
0,3 |
- |
|
|
- |
- |
|
0,2 |
||
|
|
|
|
|
|||||||||
4 |
Конденсация |
|
Этиловый спирт |
|
|
Баражная вода |
|
||||||
5 |
|
- |
- |
0,4 |
20 |
|
|
10 |
- |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|||||||||
126
Продолжение таблицы 7.3.1
6 |
Нагревание |
|
|
Вода |
|
|
|
|
|
Воздух |
|
|||
2,2 |
|
10 |
|
80 |
|
0,1 |
12000 |
|
150 |
- |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
7 |
Охлаждение |
Метиловый спирт |
|
|
|
Воздух |
|
|||||||
21,3 |
|
100 |
|
35 |
|
0,3 |
23500 |
|
20 |
- |
|
0,1 |
||
8 |
Испарение |
|
|
Толуол |
|
Масло АМТ-300 |
|
|||||||
10 |
|
- |
|
- |
|
0,2 |
20 |
|
300 |
- |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
9 |
Конденсация |
Уксусная кислота |
|
|
Оборотная вода |
|
||||||||
4 |
|
- |
|
- |
|
0,15 |
- |
|
20 |
30 |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
11 |
Охлаждение |
|
|
Воздух |
|
Конденсир. пар фреона-12 |
||||||||
17500 |
|
30 |
|
–5 |
|
0,1 |
- |
|
- |
- |
|
0,2 |
||
12 |
Охлаждение |
|
|
Бензол |
|
рассол (25% раствор CaCl2) |
||||||||
35 |
|
100 |
|
30 |
|
0,2 |
- |
|
–12 |
–4 |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
13 |
Испарение |
Четыреххлористый углерод |
Конденсир. водяной пар |
|||||||||||
15 |
|
- |
|
- |
|
0,1 |
- |
|
- |
- |
|
0,5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
14 |
Конденсация |
|
|
Хлорбензол |
|
рассол (25% раствор CaCl2) |
||||||||
7,5 |
|
- |
|
- |
|
0,08 |
25 |
|
–10 |
- |
|
0,1 |
||
16 |
Охлаждение |
|
|
Толуол |
|
рассол (25% раствор CaCl2) |
||||||||
38,5 |
|
110 |
|
25 |
|
0,13 |
15 |
|
–15 |
- |
|
0,1 |
||
17 |
Нагревание |
|
|
Воздух |
|
Конд. пар дифенил. смеси |
||||||||
14000 |
|
20 |
|
200 |
|
0,1 |
- |
|
- |
- |
|
0,25 |
||
18 |
Испарение |
Метиловый спирт |
|
Масло АМТ-300 |
|
|||||||||
4,9 |
|
- |
|
- |
|
0,18 |
- |
|
220 |
160 |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
19 |
Конденсация |
|
|
Бензол |
|
|
|
Воздух |
|
|||||
5,2 |
|
- |
|
- |
|
0,25 |
17700 |
|
5 |
- |
|
0,1 |
||
21 |
Охлаждение |
Уксусная кислота |
|
Конденсир. пар фреона-12 |
||||||||||
10,6 |
|
110 |
|
20 |
|
0,15 |
- |
|
- |
- |
|
0,2 |
||
22 |
Нагревание |
|
|
Этилацетат |
|
|
|
Вода |
|
|||||
30,5 |
|
20 |
|
80 |
|
0,35 |
25 |
|
90 |
- |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
23 |
Испарение |
|
Этиловый спирт |
|
Конд. пар дифенил. смеси |
|||||||||
0,7 |
|
- |
|
- |
|
0,1 |
- |
|
- |
- |
|
0,15 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
24 |
Конденсация |
Метиловый спирт |
|
рассол (25% раствор CaCl2) |
||||||||||
3,5 |
|
- |
|
- |
|
0,25 |
30 |
|
–10 |
- |
|
0,1 |
||
26 |
Нагревание |
Четыреххлористый углерод |
Масло АМТ-300 |
|
||||||||||
52,7 |
|
25 |
|
95 |
|
0,35 |
75 |
|
300 |
- |
|
0,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
27 |
Нагревание |
|
Этиловый спирт |
|
Конденсир. водяной пар |
|||||||||
2,7 |
|
5 |
|
65 |
|
0,1 |
- |
|
- |
- |
|
0,4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
28 |
Конденсация |
|
|
Этилацетат |
|
|
Баражная вода |
|
||||||
13,5 |
|
- |
|
- |
|
0,25 |
- |
|
8 |
20 |
|
0,1 |
||
29 |
Испарение |
|
|
Хлорбензол |
|
Конд. пар дифенил. смеси |
||||||||
2,75 |
|
- |
|
- |
|
0,3 |
- |
|
- |
- |
|
0,35 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
127
Таблица 7.3.2 Исходные данные для расчета толщины изоляции
|
Процесс |
Среда в межтруб. пр-ве |
mи |
tи, |
t0, |
D, |
L, |
δк, |
||||
№ |
в межтруб- |
|
|
|
|
|
||||||
V1, |
|
t1н, |
t1к, |
Р1абс, |
оС |
оС |
м |
м |
мм |
|||
|
ном пр-ве |
м3/ч |
|
оС |
оС |
МПа |
|
|
|
|
|
|
5 |
Конденсация |
|
Водяной пар |
|
1 |
≤35 |
20 |
0,8 |
4,0 |
4,0 |
||
- |
|
- |
- |
0,6 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
10 |
Охлаждение |
|
|
Воздух |
|
2 |
≤40 |
20 |
0,6 |
3,0 |
3,5 |
|
35000 |
170 |
55 |
0,2 |
|||||||||
15 |
Охлаждение |
Масло АМТ-300 |
3 |
≤45 |
15 |
1,0 |
6,0 |
4,5 |
||||
30 |
200 |
60 |
0,15 |
|||||||||
20 |
Нагревание |
25% раствор CaCl2 |
4 |
≥10 |
15 |
0,4 |
2,0 |
2,5 |
||||
96,5 |
-20 |
0 |
0,15 |
|||||||||
25 |
Конденсация |
Пар дифенильной смеси |
5 |
≤30 |
15 |
1,2 |
4,0 |
6,0 |
||||
- |
|
- |
- |
0,5 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
30 |
Испарение |
Уксусная кислота |
6 |
≤40 |
25 |
0,6 |
2,0 |
3,5 |
||||
- |
|
- |
- |
0,25 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Контрольные вопросы
1.Какие качества кожухотрубчатых теплообменников привели к их широкому распространению в химических производствах?
2.Какова рекомендуемая разность средних температур теплоносителей в кожухотрубчатых теплообменниках типа Н? Типа К?
3.Способы уменьшения "проскока" теплоносителя в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника.
4.При каком расположении труб в трубной решетке кожухотрубчатого теплообменника возможна механическая очистка их внешней поверхности? Внутренней поверхности?
5.С какой целью оребряют внешнюю поверхность труб теплообменников воздушного охлаждения?
7.4Изучение конструкций контактных массообменных устройств, технологический расчет тарельчатой колонны
С применением системы инженерных расчетов MathCAD определить основные габаритные размеры колонны (диаметр D и высоту Н), проверить ее работоспособность, определить суммарное гидравлическое сопротивление колонны. Принять:
-плотность паров ρп = 3.5÷9.5 кг/м3;
-плотность жидкости ρж = 650÷950 кг/м3;
128
-поверхностное натяжение жидкости на границе с паром
σж = 0.02÷0.06 Н/м;
-вязкость жидкости μж = 0.005 Па·с;
-вязкость паров μп = 5·10-5 Па·с;
-давление в колонне – атмосферное;
-вспениваемость жидкости – средняя;
-отбойник в колонне – горизонтальный, из металлической сетки. Остальные исходные данные для расчета приведены в таблице 7.4.
В отчет о выполнении задания включить формулировку задачи и необходимые
комментарии к расчетным формулам.
Таблица 7.4 Исходные данные для расчета тарельчатой колонны
№ |
Тип |
Нагрузка |
Нагрузка |
Число теор. |
|
ступ. изм-я |
|||||
варианта |
тарелок |
по пару Gп, т/ч |
по жидк. Gж, т/ч |
||
концентр. Nт |
|||||
1 |
колпачковая |
5 |
4 |
10 |
|
2 |
>> |
15 |
13 |
12 |
|
3 |
>> |
18 |
16 |
13 |
|
4 |
>> |
25 |
22 |
14 |
|
5 |
>> |
35 |
31 |
16 |
|
6 |
>> |
45 |
39 |
18 |
|
7 |
>> |
55 |
48 |
20 |
|
8 |
>> |
65 |
55 |
20 |
|
9 |
клапанная |
20 |
18 |
8 |
|
10 |
>> |
24 |
21 |
10 |
|
11 |
>> |
28 |
24 |
12 |
|
12 |
>> |
32 |
27 |
14 |
|
13 |
>> |
36 |
30 |
16 |
|
14 |
>> |
40 |
42 |
18 |
|
15 |
>> |
44 |
39 |
20 |
|
16 |
>> |
48 |
44 |
22 |
|
17 |
ситчатая |
10 |
9 |
9 |
|
18 |
>> |
16 |
15 |
10 |
|
19 |
>> |
22 |
20 |
11 |
|
20 |
>> |
28 |
26 |
12 |
|
21 |
>> |
34 |
32 |
13 |
|
22 |
>> |
40 |
37 |
14 |
|
23 |
>> |
46 |
43 |
15 |
|
24 |
>> |
52 |
49 |
16 |
129
Продолжение таблицы 7.4
25 |
решетчатая |
30 |
28 |
6 |
26 |
>> |
35 |
33 |
7 |
27 |
>> |
40 |
38 |
8 |
28 |
>> |
45 |
43 |
9 |
29 |
>> |
50 |
47 |
10 |
30 |
>> |
55 |
53 |
11 |
31 |
>> |
60 |
57 |
13 |
32 |
>> |
65 |
61 |
15 |
Контрольные вопросы
1.С помощью какого устройства осуществляется ввод парожидкостной смеси в тарельчатую колонну? Как вводится флегма?
2.Как монтируются неразборные тарелки в царгу тарельчатой колонны? Как монтируются элементы разборных тарелок?
3.Почему в тарелках с переливными устройствами стремятся организовать
прямоточное движение пара и жидкости? Какая конструкция тарелок наиболее приспособлена для этого?
4.Почему слой насадки в насадочных колоннах секционируют и для чего применяют распределительные тарелки?
5.Какие насадки рекомендуются к применению в колоннах, работающих под давлением, и какие – в вакуумных колоннах?
7.5 Изучение конструкций, технологические расчеты сушилок непрерывного действия
С применением системы инженерных расчетов MathCAD определить:
-диаметр, длину, необходимую частоту вращения стандартного барабана для сушки песка топочными газами, время пребывания материала в барабане и продолжительность сушки, максимальный диаметр частиц, уносимых потоком газов, см.
таблицу 7.5.1;
-необходимые размеры газораспределительной решетки и сепарационной зоны сушилки взвешенного слоя для сушки соли KaCl подогретым воздухом, продолжительность сушки и среднее время пребывания частиц материала в зоне сушки, см. таблицу 7.5.2;
-диаметр и длину сушильного валка, необходимые для контактной сушки пасты гидрокарбоната натрия, необходимый расход греющего пара, см. таблицу 7.5.3.
В отчет о выполнении задания включить формулировку задачи и необходимые комментарии к расчетным формулам.
Обозначения к таблицам:
Gн, G – производительность сушилки по влажному и сухому материалу; Uн, Uк – начальное и конечное влагосодержание материала;
130