ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СПИРАЛЬНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ НАСЫЩЕННОГО ПАРА БЕНЗОЛА. Курсач бензол вариант 6. Курсовая работа тепловой расчет спирального теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола (

• Название: Курсовая работа тепловой расчет спирального теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола (
• Анкор: ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СПИРАЛЬНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ НАСЫЩЕННОГО ПАРА БЕНЗОЛА
• Дата: 02.02.2023
• Размер: 1.78 Mb.
• Имя файла: Курсач бензол вариант 6.docx
• Тип: Курсовая; #917327
• страница: 2 из 2

Глава II. Тепловой и компоновочный расчёты спирального теплообменника

2.1. Определение основных параметров спирального теплообменника
Задание. Произвести тепловой и компоновочный расчеты спирального теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола с расходом G_б=1520 кг/час при атмосферном давлении.

Жидкий бензол отводится при температуре конденсации насыщенных паров. Охлаждающий агент - вода с начальной температурой –t_в¹=18⁰С и конечной –t_в¹¹=29⁰C. Термическое сопротивление поверхности теплообмена со стороны бензола – 0,0001м²час*К/ккал, а со стороны воды - 0,0007м²*час*К/ккал. Температура кипения бензола при атмосферном давлении t_к=80,1⁰С, а скрытая теплота парообразования бензола – r=94,5ккал/кг.
Решение.

Больший температурный напор ∆t_б = t_к - t_в¹ = 80,1-21 = 62,1⁰С



Меньший температурный напор  ∆t_м = t_к - t_в¹¹ = 80,1-29 = 51,1⁰С

Среднелогарифмический напор

(∆t_б-∆t_м)/ln⁡((∆t_б)/(∆t_м ))

Средняя температура охлаждающей воды

t_в = t_к - ∆t=80,1 - 56 = 24,1⁰С

Тепловая нагрузка (теплопроизводительность)



Здесь:

- скрытая теплота парообразования бензола при атмосферном давлении;

G_б = 1520 кг/час  - массовый расход бензола (задано).

Массовый расход охлаждающей воды



Здесь r = 94,5ккал/кг  - теплоёмкость воды при средней температуре

 t_в = 24,1.

2.2. Тепловой расчет спирального теплообменника
Основные размеры канала спирального теплообменника и скорости движения теплоносителей.

Площадь поперечного сечения канала спирального теплообменника определяем по параметрам движения охлаждающей воды.

Принимаем скорость движения воды . Тогда ориентировочная площадь поперечного сечения канала



где - плотность воды

Примечание: при значении массового расхода воды, превышающем 10000кг/час, принимать скорость движения воды по зависимости



а затем определять площадь поперечного сечения канала.

Принимая высоту канала равной , получим ширину спирали



С учетом конструктивных особенностей организации уплотнения каналов с торцов, принимаем ширину канала равной

.

Тогда, скорость охлаждающей воды равна



Для бензола принимаем такое же сечение канала

Скорость движения бензола в каналах теплообменника



Здесь плотность жидкого бензола на линии насыщения.

Определяем коэффициент теплопередачи и гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола



Здесь и – площадь поперечного сечения канала и его периметр соответственно.

Коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола

Определяют по зависимости:



где - гидравлический диаметр канала;

- температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала со стороны бензола;

- коэффициент, зависящий от физических свойств конденсирующегося бензола и от скрытой теплоты его парообразования. Зависимость для определения коэффициента приведена далее.

Дальнейший расчёт проводим последовательными приближениями, задаваясь в каждом новом приближении температурой стенки канала со стороны бензола. Каждое приближение заканчиваем сравнением заданного и полученного значений температуры стенки канала со стороны бензола.

Приближение №1.

Принимаем температуру стенки канала со стороны бензола равной

Тогда, - температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала, а средняя температура плёнки конденсирующегося бензола равна


В соответствии с

, где - коэффициент, зависящий от физических параметров конденсата бензола (от температуры его насыщенных паров).

В нашем случае . В курсовой работе допускается принимать это значение для всех вариантов заданий.

Тогда,



Для определения коэффициента теплоотдачи к воде определим её режим течения.

Число Рейнольдса



В этой зависимости

μ = 0,854сП=0,854*1,02*10^-4 = 87,108*10^-6кг*с/м^{2 } - динамический коэффициент вязкости воды при её средней температуре .

Таким образом, режим течения турбулентный.

Для турбулентного режима течения воды коэффициент теплоотдачи определим по зависимости.



где (таблица №2, Приложение).



Термические сопротивления загрязнений канала приведены в задании. Термическое сопротивление загрязнения со стороны бензола равно - , а со стороны воды - .

Определим термическое сопротивление стальной спирали, принимая её толщину равной , а коэффициент теплопередачи стали равным



Тогда, коэффициент теплопередачи спирального теплообменника равен







Необходимая площадь поверхности нагрева спирального теплообменника



Определим температуру стенки канала в первом приближении



Так как полученное значение температуры стенки канала заметно отличается от заданного, проводим расчёт во втором приближении.

Приближение №2.

Принимаем температуру стенки канала со стороны бензола равной

t_ст1 = 62,9⁰C

 Тогда, температурный напор на плёнке бензола равен

∆t_б = t_к – t_ст1 = 80,1 – 62,9 = 17,2⁰C,

а средняя температура конденсирующегося бензола равна

t_п = (t_к + t_ст1)/2 = (80,1+62,9)/2 = 71,5⁰C

, где - коэффициент, зависящий от физических параметров конденсата бензола (от температуры его насыщенных паров). Принимаем

Тогда,



Коэффициент теплоотдачи к воде был определён в приближении №1

α_в = 2510 Вт/м^2КК

Термические сопротивления загрязнений канала и стальной спирали принимаем так же, как и в приближении №1.

Тогда, коэффициент теплопередачи спирального теплообменника равен







Необходимая площадь поверхности нагрева спирального теплообменника



Определяем температуру стенки канала во втором приближении



Так как полученное значение температуры стенки канала со стороны бензола близко к заданному во втором приближении, то дальнейшие приближения не проводим.

Определим размеры проектируемого теплообменника расчетом. Минимальная поверхность серийных спиральных теплообменников составляет 15м². Поэтому, определяем размеры проектируемого теплообменника расчетом.
2 . 3. Геометрический и компоновочный расчет матрицы спирального теплообменника.


Рис.4. Расчетная схема спирали теплообменника

Определим количество витков и диаметры спирали.

Из (рис.4.) видно, что количество витков наружной спирали на 0,5 витка больше, чем количество витков внутренней спирали, т.е.



где:

- количество витков внутренней спирали;

- количество витков наружной спирали.
Длина внутренней спирали

,

где:

- длина внутренней спирали;

- наружный диаметр внутренней спирали;

- наружный диаметр наружной спирали;

- средний диаметр внутренней спирали;

t = в + δ = 10 +2 = 12мм  - шаг спирали;

- толщина спирали;

- внутренний диаметр наружной и внутренней спиралей (внутренний диаметр матрицы теплообменника).

Длина наружной спирали



Определим количество витков внутренней спирали - .

Общее количество витков обоих спиралей



Откуда,



Уравнение поверхности нагрева матрицы





Здесь:

- площадь поверхности нагрева (охлаждения) матрицы теплообменника;

- ширина каналов и длина спиралей матрицы.

Подставим в последнее уравнение полученные выше уравнения для длин наружной и внутренней спиралей.










Подставим в это соотношение полученную ранее зависимость для количества витков внутренней спирали - n₁ = 








Выполним расчет, принимая внутренний диаметр матрицы равным .

Наружный диаметр наружной спирали определим из последнего полученного уравнения









Количество витков внутренней и наружной спиралей





Длина внутренней спирали


Длина наружной спирали


Проверка.

Поверхность нагрева матрицы



Т.к. необходимое значение поверхности равно 4,64 м², то расчет проведен верно.

Заключение

В курсовом проекте был произведен тепловой и компоновочный расчет спирального теплообменника. В результате расчета были определены основные параметры теплообменника: площадь поперечного сечения канала, коэффициент теплопередачи, гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола, коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола; количество витков и диаметры спиралей. На эскизе теплообменного аппарата показаны расположения спиралей. Так же был определен тип теплообменника.

Данный спиральный теплообменник является горизонтальным аппаратом типа СТО. Необходимая площадь нагрева спирального теплообменника составила 4,64м² . Длина внутренней спирали 2342,2 м . Длина наружной спирали 2838,2м. Внутренний диаметр матрицы 150 мм.

Литература

1.Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. – Москва, 1971. – 248 с.

2.Варгафтик Н.Б.. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - Москва, 1982.- 184 с.

3.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С.. Теплопередача. - Москва, 1975. – 263 с.

4.Лебедев П.Д., Щукин А.А. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий. – Москва, 1997. – 192 с.

5.Лекции ТППО, Д/ф - НГТУ, 2000.

6.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л., 1981.

7.ОАО ТеплоПульс. URL: http://www.teplopuls.ru/statyi/spiralnye-teploobmenniki/ (дата обращения: 07.01.2014).

8.Иванчук В.П. Спиральные теплообменники. Оптимальное технологическое решение // SP Teploobmen. URL: http://www.sp-teploobmen.ru/ (дата обращения: 16.10.2022).

8.ЗАО Концерн “ЕвразЭнергоПром”. Спиральные теплообменные (спиральный теплообменник) аппараты. URL: http://evenprom.ru/doc-ru-571.htm (дата обращения: 16.01.2022).

9.Ульянов Б.А., Бадеников В.Я., Ликучёв В.Г. Процессы и аппараты химической технологии. Учебное пособие – Ангарск: Издательство Ангарской государственной технической академии, 2005 г.

10.А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971. - 784 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Таблица №1

Физические свойства воды на линии насыщения

Вт/

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Таблица №2