Расчет и подбор нормализованного теплообменника для охлаждения нитробензола

Данная курсовая защищена в 2012 году в АУ "МРТК" (г. Мирный) с оценкой "отлично".

...

Содержание

1. Постановка задачи………………………………………………………… 3
2. Введение…………………………………………………………………….. 4
3. Технологический расчёт………………………………………………….. 8
4. Расчёт удельной теплоёмкости горячего и холодного теплоносителя при средней температуре по уравнению линейной интерполяции……...9
5. Расчёт массового расхода холодного теплоносителя………………….10
6. Расчёт объёмного расхода горячего и холодного теплоносителей…….11
7. Расчёт коэффициента теплоотдачи горячего и холодного теплоносителей…………………………………………………………………12
8. Расчёт критерия Рейнольдса и определение режима движения теплоносителя, диаметра эквивалентного, вязкости………………………139. Расчёт коэффициента теплоотдачи по критерию Нуссельта «Nu»……...15
10. Расчёт коэффициента теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя…………………………………………………………………..16 11. Выбор стандартного теплообменника……………………………………18
12. Список использованной литературы…………………………………....19

Введение
Перенос энергии в форме тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур более нагретого и менее нагретого тел, при наличии которой тепло самопроизвольно, в соответствии со вторым законом термодинамики, переходит от более нагретому к менее нагретому телу.
Тела, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями.
Различают три принципиально различных элементарных способа распространения тепла: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Для помещения в кожухе большей поверхности теплообмена и получения большего коэффициента теплоотдачи выгоднее применять трубки меньшего диаметра.Трубные решётки могут быть наглухо приварены или приклёпаны к корпусу, одна из решёток может быть не соединена с камерой. В этом случае уплотнение достигается резиновым кольцом, зажимающим щель между корпусом и решёткой.Кожух теплообменника обычно стальной, цилиндрический. Иногда для обеспечения свободы температурного расширения кожуха и трубок на кожухе устраивают компенсатор.Для осуществления длительной работоспособности в процессе эксплуатации при обработке среды, загрязнённой или выделяющей отложения на стенках аппарата, необходимо производить периодические осмотры и очистку поверхностей.Аппараты должны обладать достаточной прочностью и иметь возможно малые габаритные размеры. При конструировании необходимо находить оптимальные решения, учитывающие требования обеспечения возможности разборки рабочей части аппарата и герметичности системы каналов, возможно высоких коэффициентов теплопередачи за счёт повышения скорости движения рабочей среды при минимальных гидравлических потерях в аппарате.В химических производствах до 70% теплообменных аппаратов применяют для сред жидкость — жидкость и пар — жидкость при давлении до 1 МПа и температуре до 200 °С. Для указанных условий разработаны и серийно изготовлены теплообменные аппараты общего назначения кожухотрубчатого и спирального типов. Изм№ докум.Лист Подп.ДатаЛистВ последнее время получают распространение пластинчатые теплообменные аппараты общего назначения. Одним из преимуществ трубчатых теплообменных аппаратов является простота конструкции. Однако коэффициент унификации узлов и деталей размерного ряда этих аппаратов, являющийся отношением числа узлов и деталей (размеры одинаковы для всего ряда) к общему числу узлов и деталей данного размерного ряда, составляет примерно 0,13. В то же время этот коэффициент применительно к пластинчатым теплообменным аппаратам составляет 0,9.Удельная металлоёмкость кожухотрубчатых аппаратов в 2 — 3 раза больше металлоёмкости новых пластинчатых аппаратов.Режим работы теплообменного аппарата и скорость движения теплоносителей необходимо выбирать таким образом, чтобы отложение загрязнений на стенках происходило возможно медленнее. Например, если охлаждающая вода отводится при температуре 45 – 50 ºС, то на стенках теплообменного аппарата интенсивно осаждаются растворённые в воде соли. При конструировании следует обоснованно решать вопрос о направлении теплоносителей в трубное или межтрубное пространство. Например, теплоносители, загрязнённые и находящиеся под давлением, обычно направляют в трубное пространство. Насыщенный пар лучше всего подавать в межтрубное пространство, из которого легче удалить конденсат. Чистка трубного пространства, в котором вероятнее всего будут выпадать загрязнения легче, а живое сечение для прохода теплоносителя меньше. Вследствие этого в трубном пространстве можно обеспечить теплоносителю более высоки скорости и, следовательно, более высокие коэффициенты теплоотдачи.Для расчёта и подбора нормализированного теплообменного аппарата составим и рассчитаем тепловой баланс из которого определим тепловую нагрузку теплообменного аппарата и расход теплоносителя. Рассчитаем среднюю разность температур, выберем по опытным данным ориентировочный коэффициент теплопередачи. Рассчитаем ориентировочное значение поверхности теплообмена и по нему выберем стандартный теплообменник. Произведём уточнённый расчёт стандартного теплообменника: уточним коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя и уточнённый расчет коэффициента теплопередачи. Сопоставим поверхности теплообмена расчётной и нормированной.Изм№ докум.Лист Подп.ДатаЛист 3. Технологический расчёт3.1 Температурный режим аппарата. В качестве холодного теплоносителя выберем холодную воду. Исходя из данных t2н= 20 0С, t2к= 50 0С. В проектируемом теплообменнике для движения теплоносителей применяем противоток (рис.1). Рис.1 Схема движения теплоносителей3.2 Средняя разность температур. Δtб = t1н – t2к = 70 – 50 = 200С; Δtм = t1к – t2н = 40 – 20 = 200С; Δtср =20+20 = 200С; 2Находим среднюю температуру для холодного и горячеготеплоносителей: t1ср=t1н+t1к2,где: t1н - начальная температура горячего теплоносителя, 0С; t1к - конечная температура горячего теплоносителя, 0С. (70+40) = 55 0C; 2 t2ср=t2н+t2к2,где: t2н - начальная температура холодного теплоносителя, 0С; t2к - конечная температура холодного теплоносителя, 0С. (50+20) = 35 0C. 2 4. Расчёт удельной теплоёмкости горячего и холодного теплоносителя при средней температуре по уравнению линейной интерполяции y=yi=yi+1-yixi+1-xi∙(x-xi),Изм№ докум.Лист Подп.ДатаЛист где: y – const, которую необходимо рассчитать при температуре x;yi+1 и yi – последнее и предыдущее значение const;xi+1 и xi – последнее и предыдущее значение температуры, 0С. Удельная теплоёмкость при постоянном давлении – это количество теплоты, которого необходимо затратить, чтобы изменить температуру на 1 градус одному килограмму вещества. Находим среднюю теплоёмкость горячего теплоносителя при средней температуре t ср = 55 ºС, в соответствии со справочными данными. В соответствии со справочными данными теплоёмкость горячего теплоносителя: при значениях: 40 ºС = 0,36*4190 = 1508,4 Дж/кг*град; 60 ºС = 0,374*4190 = 1567,06 Дж/кг*град;Ср1 = 1508,4 + 1567,06 – 1508,4 * ( 55 – 40 ) = 1552,395 Дж/кг*град. 60 – 40 Находим среднюю теплоёмкость холодного теплоносителя при средней температуре t ср = 35 ºС, в соответствии со справочными данными.Изм№ докум.Лист Подп.ДатаЛист В соответствии со справочными данными теплоёмкость холодного теплоносителя: при значениях: 20 ºС = 0,99*4190 = 4148,1 Дж/кг*град; 40 оС = 0,998*4190 = 4181,62 Дж/кг*град; Ср2 = 4148,1 + 4181,62 – 4148,1* ( 35 – 20 ) = 4173,24 Дж/кг*град. 40 – 20 5. Расчёт массового расхода холодного теплоносителя Q = G1 *Cp1 * (t1н - t1к) = G2 * Cр2 * (t2к – t2н)+Qпотерь; G2 = G1 * Cр1 * ( t1н - t1к ) ; Cр2 * ( t2к – t2н) +QпотерьГде: Qпотерь = 1,04; G1 – исходные данные; G2 = 2,8 * 1552,395* ( 70 – 40 ) = 1,04155761295 кг/с. 4173,24* ( 50 – 20 ) + 1,04 После расчёта расхода теплоносителя необходимо выполнить проверку теплового баланса: Q = 2,8*1552,395*(70 – 40) = 1,04155761295*4173,24*(50 – 20)+1,04 Q = 130401,18 Вт.5.1 Ориентировочный выбор теплообменника. Рассчитаем среднюю движущую силу для противотока: Кор = QКор∙Δtcр ;где: Кор- ориентировочный коэффициент;Δtcр-средняя разность температур теплоносителей, 0С; Кор = 200Втм2к; (справочная информация); Fор = Q = 130401,18 ≈ 32,6 м2.Изм№ докум.Лист Подп.ДатаЛист Kор *Δtср 200*20Выбираем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена 49 м2,4-х ходовой с диаметром кожуха 600 мм и 206 трубками 25×2 мм.ДиаметркожухавнутреннийD, ммЧисло труб,nДлина трубl, мSTр * 10-2SM * 10-2SB. пр * 102d труб6002063,01,84,54,025х2 6. Расчёт объёмного расхода горячего и холодного теплоносителей G = V *ρ, V = Gρ ; Где: G – массовый расход (кг/ч), V – объемный расход (м3с), ρ – плотность (кг/м3).Изм№ докум.Лист Подп.ДатаЛист6.1 Находим плотность горячего и холодного теплоносителей по уравнению линейной интерполяции. Плотность – это масса единицы объёма. Находим среднюю плотность горячего и холодного теплоносителя. При средних значениях температур, в соответствии со справочными данными. В соответствии со справочными данными плотность горячего теплоносителя: t1cp = 55 oC; при значениях: 40 оС = 1183 кг/м3; 60 оС = 1163 кг/м3; ρ1 = 1183 + 1163 – 1183 * (55 - 40) = 1168 кг/м3. 60 – 40 В соответствии со справочными данными плотность холодного теплоносителя: t2cp = 35 oC; при значениях: 20 оС = 998 кг/м3; 40 оС = 992 кг/м3; ρ2 = 998 + 992 – 998 * (35 – 20) = 993,5 кг/м3.