Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Волгоградский государственный технический университет
Вечерний технологический факультет
Кафедра: «Процессы и аппараты химических производств»
Семестровая работа
по дисциплине: «Процессы и аппараты химической технологии»
на тему: «Расчет кожухотрубчатого холодильника»
Вариант № 26
Выполнила:
студентка группы ТВБ-385
Голикова А.А.
Проверил:
доц. кафедры ПАХПП
Шибитова Н.В.
Волгоград 2022
Содержание
Задание
Расчет кожухотрубчатого холодильника
Список использованной литературы
Задание
Рассчитать и подобрать по каталогу нормализованный теплообменный аппарат для охлаждения G, кг/ч рабочей среды от Tн до Tк. Подобрать нормализованный теплообменный аппарат по каталогу, показать теплообменник на рисунке.
Таблица 1 - Исходные данные
|
Рабочая среда |
Назначение и тип аппарата |
Расход G , кг/ч |
температура |
||
|
Tн, ? C |
Tк, ? C |
||||
|
Бензол |
Холодильник |
12000 |
65 |
30 |
Физико-химические характеристики бензола при средней температуре
tср = (65 + 30)/2 = 47? C:
- л1 = 0,144 Вт/м?К;
- с1 = 858 кг/м3;
- м1 = 0,490?10-3 Па?с;
- c1 = 1826 Дж/кг?K.
Охлаждение осуществляется водой с t2н = 10? C и t2k = 14? C.
Физико-химические характеристики воды при средней температуре
tср = (10+14)/2 = 12? C:
- с2 = 999 кг/м3;
- м2 = 1,25?10-3 Па?с;
- с2 = 4190 Дж/кг?K;
- л2 = 0,578 Вт/м?К.
Расчет кожухотрубчатого холодильника
1. Тепловая нагрузка аппарата определяется по уравнению (1):
Q = G1 ?c1 ?( tk - tн),
где G1 - массовый расход бензола, кг/ч;
с - удельная теплопроводность бензола при средней температуре, Дж/(кг·К);
tk, tн - начальная и конечная температура бензола, оС.
Q = (12000/3600)?1826 ? (65 - 30) = 213033 Bт.
2. Расход воды определяется по уравнению (2):
,
кожухотрубчатый холодильник теплообменный аппарат
где Q - тепловой поток (расход передаваемой теплоты), Вт;
св - удельная теплопроводность воды, Дж/(кг·К);
tk2, tн2 - начальная и конечная температура воды, оС.
кг/c.
3. Определяем среднюю разность температур при противотоке теплоносителей.
Среднюю разность температур определим по формуле (3):
4. Ориентировочное значение требуемой поверхности определяется по уравнению (4):
Примем: Re =10000;
d = 25 х 2 мм.
Внутренний диаметр трубопровода dвн = d - 2 д, dвн = 25 - 2 • 2 = 21 мм.
Находим требуемое число труб по уравнению (5):
,
где n - количество труб в аппарате, шт;
dвн - внутренний диаметр труб, м;
G - расход, кг/с;
м - динамическая вязкость, Па•с;
Re - число Рейнольдса.
.
Примем ориентировочный коэффициент теплоотдачи Кор =300 Вт/м2?К
м2.
По справочнику [1] находим: n = 100 D = 325 мм;
z = 2 d = 25 Ч 2 мм;
L = 3 м F = 24,0 м2.
5. Уточненный расчет поверхности теплообмена.
Критерий Рейнольдса
,
.
Определим критерий Прандтля по уравнению (6):
,
.
При ламинарном режиме (2300 < Re < 10000) приблизительное значение коэффициент теплоотдачи определим по уравнению (7):
,
Вт/(м2?К).
Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве (таб.11.3) Sмтр= 0,02 м2.
.
.
При переходном режиме (Re > 10000) коэффициент теплоотдачи определяем по формуле:
Вт/(м2•К).
Термическое сопротивление стальной стенки и загрязнений определяем по уравнению (8):
,
м2?К/Вт.
Коэффициент теплопередачи определяем по уравнению (9):
,
Вт/(м2•К).
Требуемая площадь поверхности теплообменника:
,
м2.
|
Диаметр кожуха, мм |
Общее число труб, шт. |
Число ходов |
Диаметр труб d, мм |
Длина труб L, м |
Поверхность Теплообмена F, м2 |
|
|
400 |
100 |
2 |
25 Ч 2 |
3 |
24 |
Выбранный теплообменник подходит с запасом ? = 10,6 %.
На рисунке 1 показан общий вид выбранного теплообменника.
Рисунок 1 - Двухходовой кожухотрубчатый теплообменник
Двухходовой теплообменник состоит из цилиндрического сварного кожуха 1, распределительной камеры 6 и двух крышек 4. Трубный пучок образован трубами 2, закрепленными в двух трубных решетках 3. Трубные решетки приварены к кожуху. Крышки, распределительная камера и кожух соединены фланцами. В кожухе и распределительной камере выполнены штуцера для ввода и вывода теплоносителей из трубного (штуцера 7, 8) и межтрубного (штуцера 9, 10) пространств. Перегородка 5 в распределительной камере образует ходы теплоносителя по трубам.
Список использованной литературы
1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 4-е издание. - М.: ООО ИД «Альянс», 2017. - 496 с.
2. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для студ. хим.-технолог. спец. вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков; под. ред. П. Г. Романкова. - 10-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Альянс, 2013. - 576 с.