Курсовой проект - Расчет теплообменника-конденсатора пара смеси бензол и хлороформ

Подождите немного. Документ загружается.

Утвердил

Н. контр.

Проверил

Разработал

Изм. Дата

Лист

Листов

Лист № докум. Подп.

Лит.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

Задание на проектирование

Состав Бензол + хлороформ

Мольная доля низкокипящего компонента

0,8y 

;

Давление пара

1,2P атм

;

Производительность

2,5



;

Начальная температура воды

t С



;

Конечная температура воды

t С



Изм. Дата

Лист

Лист № докум. Подп.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................3

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА И

ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТЕПЛООБМЕННИКА....................................4

2 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВЫБРАННОГО АППАРАТА...................6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ОТ ПАРОВОЙ СМЕСИ К СТЕНКЕ........7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ.....................................................9

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРОВ ПАТРУБКОВ.....................................10

4 ПОДБОР ФЛАНЦЕВ...................................................................................12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................14

Используемая литература.................................................................................15

Изм. Дата

Лист

Лист № докум. Подп.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

1 Введение

Кожухотрубчатые теплообменники в настоящее время являются

самыми распространенными теплообменными аппаратами. Они

обеспечивают высокую теплопроизводительность, большую поверхность

теплопередачи, обладают простотой конструкции и высокой надежностью.

Существует большое количество различных конструкций и вариантов

исполнения теплообменников.

По назначению они делятся на подогреватели, охладители,

испарители и конденсаторы. Наш рассчитываемый аппарат относится к

четвертому из этих видов- служит для конденсации пара

двухкомпонентной смеси.

По схеме движения теплоносителей они делятся на прямоточные,

противоточные и с перекрестным током. Наш аппарат выполнен по

противоточной схеме.

По способу компенсации температурных удлинений,

теплообменники классифицируют: без компенсации, с компенсацией

упругим элементом (например линзовым компенсатором), с компенсацией

в результате свободных удлинений (например U-образными трубами). В

связи с тем, что для данного аппарата мы имеем большую разницу между

температурами стенки кожуха и стенок труб, можно применить схему с

одной подвижной трубной решеткой.

По ориентации в пространстве, теплообменники могут быть

вертикальными, горизонтальными и наклонными. Причем ориентация

значительно влияет на расчеты и значение коэффициента теплопередачи.

Наш аппарат будем выполнять в горизонтальном исполнении согласно

заданию.

Изм. Дата

Лист

Лист № докум. Подп.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

По виду движения теплоносителя- с естественной и принудительной

( как в нашем случае) циркуляцией.

Изм. Дата

Лист

Лист № докум. Подп.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

1 Определение поверхности теплообмена и основных размеров

теплообменника.

Атмосферное давление:

760 . . .

атм

P мм рт ст

Давление пара в аппарате:

1,2 760 912 . . .

атм

П P P мм рт ст    

Строим таблицу равновесного состава [1,рис.XXIII]:

75 950 380 0,905 0,943

80 1100 650 0,582 0,702

б х

х б

б х

х б

П Р Р

t С P P x y x

Р Р П

П Р Р

t С P P x y x

Р Р П



       



       





C помощью интерполяции находим температуру насыщения:

   

75 80 0,8 0,702

80 78

0,943 0,702

t C

  

  





C помощью интерполяции находим объемную долю низкокипящего

компонента в жидкости:

   

0,905 0,582 0,8 0,702

0,582 0,713

0,943 0,702

  

  



Объемная доля высококипящего компонента в жидкости:

2 1

1 0,287

v v

x x  

Мольные массы компонентов смеси:

119,4

кг

кмоль



;

кг

кмоль



Мольная масса смеси:

1 1 2 2

0,713 119,4 0,287 78 107,5

см v v

кг

M x M x M

кмоль

        

Массовые доли компонентов смеси:

Изм. Дата

Лист

Лист № докум. Подп.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

1 1

119,4

0,713 0,792

107,5

m v

см

x x

    

;

2 2

0,287 0,208

107,5

m v

см

x x

    

По температуре кипения, находим удельные теплоты парообразования

компонентов смеси.[1,табл. XLV]

Бензол:

239

кДж

кг



;

Хлороформ:

393

кДж

кг



Удельная теплота парообразования смеси:

1 1 2 2

239 0,792 393 0,208 271

m m

кДж

r r x r x

кг

        

Тепло, требуемое для конденсации пара:

3 3

10 2,5 10

271 188,2

3600 3600

Q r кВт

 

    

Теплоемкость воды:

4,19

кДж

кг К





Находим требуемый расход охлаждающей воды:

 

188,2

1,18

4,19 50 12

в к н

Q кг

с t t с

  

   

Средний температурный напор для противотока:

78 12 66

б s н

t t t С     



;

78 50 28

м s к

t t t С     



;

Изм. Дата

Лист

Лист № докум. Подп.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

 

66 28

44,3

б м

t t

t С

  



   

   



 

 



 



По [1,табл.4.8] предварительно задаем коэффициент теплопередачи:

300

Вт

м К





Требуемая площадь теплообмена:

3 3

10 188,2 10

14,17

300 44,3

F м

K t

 

  

 

По [1,табл.4.12] выбираем одноходовой теплообменник с параметрами:

Диаметр кожуха:

400

D мм

Число труб:

111n 

Наружный диаметр труб:

d мм

Толщина стенки труб:

2 мм 

Внутренний диаметр труб:

2 25 2 2 21

в н

d d мм      

Длина труб:

2L м

2 Проверочный расчет выбранного аппарата

Определение коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к охлаждающей

воде

Принимаем скорость воды в трубах:

1,5

 

Изм. Дата

Лист

Лист № докум. Подп.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

Средняя температура воды:

12 50

2 2

н к

ср

t t

t С

 

  



По средней температуре находим физические свойства воды:

Плотность [1,табл.XXXIX]:

995

кг

 

Коэффициент динамической вязкости [1,табл.VI]:

0,784 сП 

Коэффициент теплопроводности [1,табл.XXXIX]:

0,616

Вт

м К

 



Число Прандля жидкости:

Pr 5,29

Число Рейнольдса:

3 3

10 21 10 995

Re 1,5 39977,7

10 0,784 10

 

   

   

  

Т.к Re> 10000, значит режим течения – турбулентный.

Число Нуссельта будем находить по уравнению:

0,8 0,43 0,8 0,43

2 2 2

0,023 Re Pr 0,023 39977,7 5,29 226,1Nu       

Определяем коэф-т теплоотдачи от жидкости к трубе:

2 2

3 3 2

226,1 0,616

6631,8

10 21 10

Nu Вт

d м К

 

 

   

  

Определение коэффициента теплоотдачи от паровой смеси к стенке

По температуре насыщения находим параметры конденсата смеси.

Плотность хлороформа [1,табл.IV]:

1380

кг

 

Плотность бензола [1,табл.IV]:

Изм. Дата

Лист

Лист № докум. Подп.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

815

кг

 

Плотность конденсата смеси:

1 2

1 1

1151,2

0,713 0,287

1380 815

v v

х б

кг

x x

   

 

 

Коэффициент динамической вязкости хлороформа [1,табл.IX]:

0,29

сП 

Коэффициент динамической вязкости бензола [1,табл.IX]:

0,3521

сП 

Коэффициент динамической вязкости раствора:

1 2

1 1

0,3054

0,713 0,287

0,29 0,3521

v v

х б

сП

x x

   

 

 

Коэффициент теплопроводности хлороформа [1,табл.ХХIX]:

0,0919

Вт

м К

 



;

Коэффициент теплопроводности бензола [1,рис.X]:

0,115

ккал

м ч С

 

 



;

1,163 1,163 0,115 0,1337

б б

Вт

м К

     



Коэффициент теплопроводности раствора:

1 2

1 1

0,101

0,713 0,287

0,0919 0,1337

v v

х б

Вт

x x

м К

   



 

 

Расчетная температура стенки:

2 2 78 12 50

54,5

4 4

s н к

t t t

t С

     

  



Разность температур пара и стенки:

Изм. Дата

Лист

Лист № докум. Подп.

Ин

в.

№

по

дл.

Вз

ам

ин

в.

№

По

дп.

да

та

Ин

в.

№

ду

бл.

По

дп.

да

та

78 54,5 23,5

s c

t t t С     



Коэффициент зависящий от числа труб в вертикальном ряду [1,рис.4.7]:

0,65 

Для горизонтально расположенного теплообменника среднее значение

коэффициента теплоотдачи рассчитываем по формуле:

3 2 3 3 2 3

1 1

3 3

1 1

10 9,81 0,101 1151,2 271 10 9,81

0,728 0,728 0,65

10 25 10 0,3054 23,5

178,4 .

d t

Вт

м К

 

        

       

     





Определение коэффициента теплопередачи

Принимаем толщину слоя загрязнений:

0,5

мм 

Коэффициент теплопроводности слоя загрязнений [1,табл.XXXI]:

2,2

Вт

м К

 



Коэффициент теплопроводности стали [1,табл.XXVIII]:

46,5

Вт

м К

 



Термическое сопротивление загрязненной стенки:

3 3 3 3 2

10 10 2 10 0,5 10

0,00027

46,5 2,2

ст

м К

Вт

   

     

    

 

Коэффициент теплопередачи:

1 2

1 1

166

1 1 1 1

0,00027

178,4 6631,8

ст

Вт

м К

  



   

 

Требуемая площадь теплообмена:

3 3

10 188,2 10

25,6

166 44,3

F м

K t

 

  

 

Необходимая длина трубок: