Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения

Размещено на /

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Томский политехнический университет»


Химико-технологический факультет

Кафедра ТООС

Группа З5Э31


КОЖУХОТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ СМЕСИ

АЦЕТОН – ВОДА ДО ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ

(вариант № 4)

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Гидравлика и теплотехника»


Руководитель проекта

доцент Гусева Ж.А.

Исполнитель проекта

студент Кудрявцева Ю.А.


Томск 2007

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Томский политехнический университет»

Задание №4

на расчетную индивидуальную работу по дисциплине

Гидравлика и теплотехника”

Выдано студенту: Кудрявцевой Ю.А.

1.Тема: Расчет теплообменника кожухотрубчатого

2. Срок сдачи законченной работы

3. Исходные данные к заданию:

Мольная доля р-ра по нк - 40%;

Расход - 22 т/ч;

Начальная температура раствора – 22С;

Давление в трубном пространстве – 1,6 ата;

Раствор – ацетон+вода;

Давление греющего водяного пара подобрать самостоятельно.

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

1.1 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РАСЧЁТ

1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ПРИ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

1.3 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРИЕНТИРОВОЧНОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И ПОДБОР НОРМАЛИЗОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПО СТАНДАРТАМ

1.5 УТОЧНЁННЫЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

1.6 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

3. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

3.1 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ОБЕЧАЙКИ

3.2 РАСЧЁТ И ПОДБОР ШТУЦЕРОВ

3.3 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ТРУБНОЙ РЕШЁТКИ

3.4 РАСЧЁТ ОПОР АППАРАТА

3.5 РАСЧЁТ И ПОДБОР ДНИЩА И КРЫШКИ АППАРАТА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


ВВЕДЕНИЕ


Теплопередача – это наука о процессах распространения теплоты. Различают три различных способа переноса теплоты: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. В реальных установках теплота передаётся комбинированным путём, однако вклад этих трёх составляющих в общий перенос теплоты неодинаков и определяется многими условиями: природой теплоносителя, агрегатным состоянием, температурным и гидродинамическим условиям и т.д.

В промышленности теплообмен между рабочими телами (теплоносителями) происходит в специально сконструированных аппаратах, которые называются теплообменниками. Они должны отвечать определённым общим требованиям: обладать высокой тепловой производительностью и экономичностью, обеспечивать заданные технологические условия процесса, быть просты по конструкции, компактны, обладать современным техническим и эстетическим дизайном, иметь длительный срок службы, соответствовать требованиям СНИП и ведомственным правилам Госгортехнадзора. Особые требования предъявляются к обеспечению надёжности работы аппаратов, возможности автоматического регулирования режимно-технологических параметров и аварийного отклонения.

В химической технологии теплообменные аппараты довольно широко распространены, применяются в различных производствах легкой и тяжелой промышленности. Для обеспечения того или иного технологического процесса применяются различные типы теплообменных аппаратов. Основную группу теплообменных аппаратов, применяемых в промышленности, составляют поверхностные теплообменники, в которых теплота от горячего теплоносителя передается холодному теплоносителю через разделяющую их стенку. Другую группу составляют теплообменники смешения, в которых теплота передается при непосредственном соприкосновении горячего и холодного теплоносителей.

Теплообменные аппараты классифицируются:

По назначению:

холодильники;

подогреватели;

испарители;

конденсаторы.

По конструкции:

- изготовленные из труб:

теплообменники «труба в трубе»;

оросительные теплообменники;

погружные змеевиковые;

теплообменники воздушного охлаждения;

из оребренных труб;

кожухотрубчатые теплообменники.

- с неподвижной трубной решеткой;

- с линзовым компенсатором;

- с плавающей головкой;

- с U-образными трубами.

По направлению движения теплоносителя:

прямоточные;

противоточные;

с перекрестным движением.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты используются для практической реализации таких процессов, как нагревание (охлаждение), конденсация и испарение. Соответственно аппараты называются теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями.

Теплообменники предназначены для проведения процесса теплообмена между теплоносителями, которые не изменяют своего агрегатного состояния в процессе теплообмена: это газо-жидкостные и жидкостно-жидкостные аппараты для проведения процессов охлаждения и нагревания.

Холодильники предназначены для охлаждения водой или другими нетоксичными, не пожаро- и не взрывоопасными хладагентами жидких и газообразных сред. Работают, как правило, в области минусовых температур.

В соответствии с ГОСТ 15120-79, ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15122-79 кожухотрубчатые теплообменники и холодильники изготавливают двух типов: «Н» - с неподвижными трубными решётками и «К» - с компенсатором температурных напряжений на кожухе.

Необходимость использования компенсатора определяется предельно-допустимой разностью температур стенок труб и кожуха, равной 50єС или сравнительно большой длиной теплообменных труб (более 6м).

Конденсаторы предназначены для конденсации насыщенных паров. Обычно конденсацию осуществляют на наружной поверхности пучка труб в межтрубном пространстве. В химической промышленности для нагревания жидкостей и газов за счёт теплоты конденсации насыщенных паров чаще всего используется насыщенный водяной пар.

Испарители предназначены для проведения процессов испарения жидкости при кипении. При этом жидкость кипит в трубах, а в межтрубное пространство подаётся греющий агент. В соответствии со стандартом, кожухотрубчатые испарители в этом случае могут быть только одноходовыми и вертикального исполнения [4].

Из нашего технического задания (см. выше) следует, что нам надо подобрать кожухотрубчатый теплообменник (подогреватель) для нагревания насыщенным водяным паром смеси этанол-вода до температуры кипения.

Исходя из условий, которые приведены в техническом задании целесообразно назначить теплообменник типа ТНВ (теплообменник с неподвижными трубными решётками, вертикальный) ГОСТ 15122-79.

Т.к. эти теплообменники используются при температуре жидких и газообразных сред от -70 до +3500С от 0,6 до 16 МПа поверхность теплообмена от 1 до 5000 м2 [1].

Достоинства этого теплообменного аппарата:

а) простота конструкции;

б) непрерывная передача тепла от одного теплоносителя к другому;

в) интенсивный теплообмен.

Недостатки:

а) металлоемкость;

б) температурные деформации;

в) невозможность разборки и чистки трубного пространства.

В итоге для данного процесса необходимо подобрать теплообменник типа ТНВ по ГОСТ 15122-79 и провести для него тепловой, гидравлический и конструктивно-механический расчёты.

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ


1.1 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РАСЧЁТ


В нашем случае температура горячего теплоносителя (греющего водяного пара) не изменяется, а температура холодного теплоносителя (смеси ацетон-вода) увеличивается вдоль поверхности теплопередачи. Зная это, построим температурную диаграмму чистого противотока для нагрева смеси ацетон-вода водяным паром (рис. 1).


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения

Рисунок 1.1 – Температурная диаграмма.


Из рис. 1 видим, что Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения.

На рис.1.1 Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения - температура горячего, начальная и конечная температуры холодного теплоносителей соответственно.

Т.к. Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения (см. задание на курсовой проект), то нам необходимо найти Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения.

Для нахождения конечной температуры холодного теплоносителя построим диаграмму состояния смеси ацетон-вода в координатах Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения (рис. 1.2). Для этого составим таблицу расчёта (табл. 1.1), основываясь на законах [1]:

Рауля

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, (1.1)

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, (1.2)

и Дальтона

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, (1.3)


где Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения - общее давление смеси; Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения - парциальные давления низко- и высококипящего компонентов соответственно; Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения - давления насыщенных паров чистых низко- и высококипящего компонентов; Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения - мольная доля низкокипящего компонента.

При построении графика учитываем, что ацетон – низкокипящий компонент, а вода – высококипящий.


Таблица 2.1 - Расчёт для построения графика t-x [1]

t, °С

, мм рт. ст.

Pв, мм рт. ст.

П

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения(из формул 1.1, 1.2 и 1.3)


70 1200 200 1200 1,00
74 1300 250
0,90
78 1500 290
0,75
82 1650 370
0,65
86 1850 440
0,54
90 2000 500
0,47
94 2200 600
0,38
98 2500 680
0,29
102 2650 720
0,25
106 3200 900
0,13
110 3600 1000
0,08
114 4000 1200
0,00

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения


Мольная доля низкокипящего компонента в смеси ацетон-вода – Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения (см. задание на проект).

По рис. 1.2 определяем, что при Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения.

Зададимся давлением греющего пара Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения МПа. Тогда по [1, табл. LVII] Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения.

Далее по рис.1.1 находим Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формулам (1.5), (1.6) и (1.7) соответственно [2]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, (1.5)

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, (1.6)

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения. (1.7)


Определим средние температуры теплоносителей – Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения.


Т. к. Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, то [2]:

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, (1.8)

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения. (1.9)

Определяем температуры стенок со стороны теплоносителей – Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формулам (1.10) и (1.11) [3]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения, (1.10)

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения. (1.11)


Находим температуру плёнки конденсата – Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формуле (1.12) [1]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения. (1.12)


1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ПРИ СРЕДНИХ ТЕМПЕРАТУРАХ


Определяем теплоёмкость холодного теплоносителя при температуре Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формуле (1.13) [1]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияДж/(кг∙К), (1.13)


где Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияДж/(кг∙К) и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения Дж/(кг∙К) – удельные теплоёмкости ацетона и воды соответственно при Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения [1, рис. XI].

Необходимо произвести перерасчёт мольной доли в массовую, а именно по формуле [1]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения,

где Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияг/моль – молярная масса ацетона и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияг/моль – молярная масса смеси.

Определяем плотность холодного теплоносителя при температуре Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формуле (1.14) [1]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения кг/м3, (1.14)


где Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипениякг/м3 и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения кг/м3 – плотности ацетона и воды соответственно при Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения [1, табл. IV].

Определяем динамический коэффициент вязкости холодного теплоносителя при температуре Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формуле (1.15) [1]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения Па·с, (1.15)


где Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияПа·с и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияПа·с – динамические коэффициенты вязкости ацетона и воды соответственно при Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения [1, табл. IX].

Определяем коэффициент теплопроводности холодного теплоносителя при температуре Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формуле (1.16) [1]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения Вт/(м·К), (1.16)


где Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияВт/(м·К) и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияВт/(м·К) – коэффициенты теплопроводности ацетона и воды соответственно при Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения [1, рис. X].

Определяем теплоёмкость холодного теплоносителя при температуре Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формуле (1.17) [1]:

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияДж/(кг∙К), (1.17)


где Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияДж/(кг∙К) и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения Дж/(кг∙К) – удельные теплоёмкости ацетона и воды соответственно при Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения [1, рис. XI].

Определяем динамический коэффициент вязкости холодного теплоносителя при температуре Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формуле (1.18) [1]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения Па·с, (1.18)


где Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияПа·с и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияПа·с – динамические коэффициенты вязкости ацетона и воды соответственно при Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения [1, табл. IX].

Определяем коэффициент теплопроводности холодного теплоносителя при температуре Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения по формуле (1.19) [1]:


Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения Вт/(м·К), (1.19)


где Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияВт/(м·К) и Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипенияВт/(м·К) – коэффициенты теплопроводности ацетона и воды соответственно при Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения [1, рис. X].


1.3 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС


Составим таблицу теплового баланса для нашего процесса (табл. 1.2):


Таблица 1.2 - Таблица теплового баланса

Приход (Вт)

Расход (Вт)

1. С горячим теплоносителем:

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения;

2. С холодным теплоносителем:

Кожухотрубный теплообменник для нагревания смеси ацетон - вода до температуры кипения.

1. С горячим теплоносителем:

Кожухотрубный
    <div class=

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: