Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ


Кафедра «Химической технологии и промышленной экологии»


КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа.


Выполнил: студент 3 - ИТ - III

Шибаев Владимир

____________

(подпись)


Проверил: Филлипов В.В,

_____________

(подпись)

Содержание.


Задание на расчет кожухотрубчатого теплообменника……………………1

Расчет кожухотрубчатого теплообменника

Расчет средней разницы температур между теплоносителями......2

Расчет средней температуры каждого теплоносителя….......……...2

Теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах………………………………………………………………………2

Расчет объемного и массового расхода теплоносителя.....................3

Расчет тепловой нагрузки на аппарат..................................................3

Расчет массового и объемного расхода хладагента...........................3

Расчет средней скорости потока хладагента.......................................3

Расчет критерия Рейнольдса и режим движения каждого потока....3

Расчет ориентировочных коэффициентов теплоотдачи для каждого потока……………………………………………………………………………...3

Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи без учета загрязнения стенки..................................................................................................5

Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи с учета загрязнения стенки..................................................................................................5

Расчет температуры стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.....................................................................................5

Расчет необходимой площади теплообмена......................................7

Подбор диаметров штуцеров для ввода и вывода потоков...............7

Расчет гидравлического сопротивления трубного и межтрубного пространств, исходя из допустимых скоростей их движения...........................7

Выводы и рекомендации..................................................................................9

Библиография...................................................................................................10

РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА


Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет средней разницы температур между теплоносителями

Для этого определим среднюю разность температур при прямотоке теплоносителей:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа50

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа40

10

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Для этого определим среднюю разность температур при противотоке теплоносителей:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа50

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа20

30

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Так как внутри двух ходового кожухотрубчатого теплообменника нет четко определенного тока теплоносителей, то найдем среднюю температуру между противотоком и прямотоком, которая и будет использоваться в дальнейших расчетах:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Рассчитаем среднюю температуру каждого теплоносителя:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Выпишем теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах.

Таблица 5


Горячий теплоноситель (1) Хладагент (2)
октан вода
ρ1, кг/м3

С1, Дж/кгРасчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типаК

μ1, Па с λ1, Вт/(м К) ρ2, кг/м3

С2, Дж/кгРасчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типаК

μ2, Па с λ2, Вт/(м К)
657 2056 0,000306 0,1095 996 4180 0,000804 0,618

Рассчитаем массовый и объемный расходы теплоносителя:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата:

Так как в заданном нам процессе не происходит изменение агрегатного состояние ни вещества теплоносителя, ни вещества хладагента, то тепловая нагрузка находится по формуле

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Рассчитаем массовый и объемный расход хладагента:

Исходя из теплового баланса и ранее найденной тепловой нагрузки на аппарат, получим:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Рассчитаем среднюю скорость хладагента:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Рассчитаем критерий Рейнольдса и режим движения каждого потока:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - развитое турбулентное движение

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - развитое турбулентное движение

Рассчитаем ориентировочные коэффициенты теплоотдачи для каждого потока.

Коэффициент теплоотдачи находится по формуле Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа. Для расчета необходимо подобрать критериальное уравнение расчета критерия Нуссельта.

Так как горячий поток движется турбулентно в прямых трубах, то критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта будет выглядеть так:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, где Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типадля охлаждающихся жидкостей при допустимой погрешности, Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - коэффициент зависящий от геометрии аппарата и режима движения потока берется их таблицы 2, Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - критерий Прандтля.

Таблица 5


Значение Re Отношение L/d

10 20 30 40 50 и более
10000 1,23 1,13 1,07 1,03 1
20000 1,18 1,1 1,05 1,02 1
50000 1,13 1,08 1,04 1,02 1
100000 1,1 1,06 1,03 1,02 1
1000000 1,05 1,03 1,02 1,01 1

Коэффициент Прандтля находится по формуле:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Так как холодный поток поперечно обтекает пучок гладких труб при их шахматном расположении, при турбулентном режиме движения жидкости, то критериальное уравнение для нахождения критерия Нуссельта имеет вид:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, где Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - критерий Прандтля, Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типадля нагревающихся жидкостей при допустимой погрешности,Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - коэффициент учитывающий влияние угла атаки φ находится по таблице 3.

Таблица 5


φ 90 80 70 60 50 40 30 20 10

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

1 1 0,98 0,94 0,88 0,78 0,67 0,52 0,42

Коэффициент Прандтля находится по формуле:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений стенки

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, где Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - коэффициент теплопроводности стенки теплообменника

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи с учета загрязнений стенки

Найдем термическое сопротивление стенки и загрязнений:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Ориентировочный коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения стенки:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Рассчитаем температуру стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа


Определим ориентировочно значения Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа и Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, исходя из того что

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, где сумма Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Найдем:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Проверка суммы Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа: Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Исходя из этого, получим

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Введем поправку к коэффициенты теплоотдачи, определив Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа.

Критерий Прандтля для октана при Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, где Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 4.

Таблица 5


Св-ва потока (1) при t'ст1

Сст1, Дж/кгРасчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типаК

μст1, ПаРасчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типас

λст1, Вт/мРасчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типаК

2105,35684 0,00036 0,14824

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Критерий Прандтля для воды при Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, где Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 5.

Таблица 5


Св-ва потока (2) при t'ст2

Сст2, Дж/кгРасчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типаК

μст2, ПаРасчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типас

λст2, Вт/мРасчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типаК

4180 0,0007 0,6328

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Коэффициенты теплоотдачи:

для октана

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

для воды

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Исправленные значения К, q, tст1, tст2

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Дальнейшее уточнение α1, α2 и других величин не требуется так как расхождение между α1, Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа и α2, Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа и других не превышает 5%.

Рассчитаем необходимую площадь поверхности теплообмена

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

С запасом в 10% Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Подберем диаметры штуцеров для ввода и вывода потоков, исходя из допустимых скоростей их движения.

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа. Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для горячего потока Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа. Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для холодного потока Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, так как расчетное значение больше чем стандартное изделие, то необходимо увеличить количество штуцеров для холодного потока.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление трубного и межтрубного пространств.

Гидравлическое сопротивление в трубном и межтрубном пространстве складывается потерь на трение и местных сопротивлений.

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, где Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - формула Блазиуса, для турбулентного движения в гладких трубах,Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», где таких местных сопротивлений n штук (n – количество трубок). Исходя из этого Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа. Тогда гидравлическое сопротивление:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа, где Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа - сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», «внезапное расширение», «внезапное сужение», «поворот потока». Исходя из этого Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа. Тогда гидравлическое сопротивление:

Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.


Необходимый процесс охлаждения провести в заданном нам аппарате не возможно, так как площадь поверхности теплообмена у заданного аппарата много меньше необходимой (Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа). Чтобы проводить заданный процесс необходимо либо изменить конструкцию аппарата (увеличить количество ходов, «оребрить» трубки), что несомненно приведет к большим денежным затратам и сложностью обслуживания самого аппарата, либо последовательно выстроить 4 таких аппарата, что в существенной мере сократит расходы на обслуживание, но монтаж такой системы и ее «большие площади» приведут к росту постоянных затрат.

БИБЛИОГРАФИЯ.


Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. – 12-е изд., стереотипное. Перепеч. с изд. 1987 г. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. – 575 с.

Измайлов В.Д., Филлипов В.В. Справочное пособие для расчетов по процессам и аппаратам химической технологии. Самара, СамГТУ, 2006, 43 с.

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. – 11-е изд., стереотипное доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005 – 753 с.

3

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: