ПАХТ_ХТБ_КУРСОВАЯ_РАБОТА. Процессы и аппараты химической технологии
 Скачать 2.22 Mb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С. М. Кирова» Институт химической переработки биомассы дерева и техносферной безопасности Кафедра технологии древесных композиционных материалов и инженерной химии Курсовая работа «Расчет теплообменного аппарата» По дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии» Выполнила: студентка III кура института ИХПДиТБ Проверил: де Векки А.В. Санкт-Петербург 2017 СодержаниеВведение 3 Расчет 5 1. Исходные данные 5 2. Расчет тепловой нагрузки 5 3. Ориентировочный выбор теплообменника 6 4. Коэффициент теплопередачи 7 5. Расчетная площадь поверхности 9 Заключение 12 Список литературы 13 ВведениеТеплообменная аппаратура составляет весьма значительную часть технологического оборудования в химической и смежных отраслях промышленности. Она предназначена для проведения процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизации теплоты. Теплообменные аппараты можно классифицировать по следующим признакам: по конструкции ✓аппараты, изготовленные из труб (кожухо-трубчатые, «труба в трубе», оросительные, погружные змеевико-вые, воздушного охлаждения); ✓аппараты, поверхностность теплообмена которых изготовлена из листового материала (пластинчатые, спиральные, сотовые); ✓ аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллических материалов (графита, пластмасс, стекла и др.); по назначению ✓ холодильники ✓ подогреватели ✓ испарители ✓ конденсаторы; по направлению движения теплоносителей ✓ прямоточные ✓ противоточные ✓ перекрестного тока В общем выпуске теплообменных аппаратов для химической и смежных отраслей промышленности в России около 80 % занимают кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники достаточно просты в изготовлении и надежны в эксплуатации и в то же время достаточно универсальны, т. е. могут быть использованы для осуществления теплообмена между газами, парами, жидкостями в любом сочетании теплоносителей и в широком диапазоне их давлений и температур. Теплообменники типа «труба в трубе» и змеевиковые стальные в общем объеме теплообменной аппаратуры составляют около 8 %, а оросительные из чугуна — около 2 %. Доля спиральных и пластинчатых теплообменников и аппаратов воздушного охлаждения пока невелика, но на вновь строящихся технологических линиях аппараты этого типа занимают все большее место. Условия проведения процессов теплообмена в промышленных аппаратах чрезвычайно разнообразны. Эти аппараты применяют для рабочих сред с различным агрегатным состоянием и структурой (газ, пар, капельная жидкость, эмульсия и др.) в широком диапазоне температур, давлений и физико-химических свойств. Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным аппаратам требований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты самых различных конструкций и типов, причем для аппарата каждого типа разработан широкий размерный ряд поверхности теплообмена (от нескольких до нескольких тысяч квадратных метров в одном аппарате). В размерном ряду теплообменники различаются по допускаемым давлениям и температурам рабочей среды, а также по материалам, из которых изготовлен аппарат. Широкая номенклатура теплообменников по типам, размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать для конкретных условий теплообмена аппарат, оптимальный по размерам и материалам. Выбор конструкции аппарата для определенных условий теплообменного процесса зависит в основном от эрудиции и интуиции конструктора. Однако существуют рекомендации общего характера, которыми можно руководствоваться при выборе конструкции теплообменника и схемы движения в нем теплоносителей: при высоком давлении теплоносителей предпочтительнее трубчатые теплообменники; в этом случае в трубное пространство желательно направить теплоноситель с более высоким давлением, поскольку из-за малого диаметра трубы могут выдержать большее давление, чем корпус; коррозионный теплоноситель в трубчатых теплообменниках целесообразно направлять по трубам, так как в этом случае при коррозионном изнашивании не требуется замена корпуса теплообменника; при использовании коррозионных теплоносителей предпочтительнее теплообменные аппараты из полимерных материалов, например фторопласта и его сополимеров, обладающих уникальной коррозионной стойкостью; если один из теплоносителей загрязнен или дает отложения, то целесообразно направлять его с той стороны теплообмена, которая более доступна для очистки (в змеевиковых теплообменниках — это наружная поверхность труб, в кожухотрубчатых — внутренняя); для улучшения теплообмена не всегда требуется увеличение скорости теплоносителя (так, например, при конденсации паров для улучшения теплообмена необходимо обеспечить хороший отвод конденсата с теплообменной поверхности, для чего следует подобрать аппарат соответствующей конструкции). Расчет1. Исходные данныеВещество : Ацетон Массовые расход :  = 1.5 кг/с;Начальная температура :  = 15  Конечная температура :  = 45 Давление технического водяного пара  = 1 кгс/с 2. Расчет тепловой нагрузкиАбсолютное давление пара:  Этому давлению соответствует температура конденсации  Составим температурную схему процесса   Определяем среднюю разность температур Большая разность температур :  Меньшая разность температур :  Средняя разность температур :  Средняя температура ацетона   Плотность при  равна  кг/ Объёмный расход ацетона равен:  =  Удельная теплоемкость ацетона при его средней температуре   2190 Дж/кгОпределим объём теплоты на нагрев  ( ) =  Определим удельную теплоту конденсации греющего пара r = 238565 *  Расход греющего пара  кг/сОриентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена по таблице для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидеостям.   С запасом 15%  24.49 3. Ориентировочный выбор теплообменникаКоэффициент вязкости ацетона  Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным течением жидкостей. В теплообменных трубах Ø 25 х 2 мм по ГОСТ 15118-79, 15120-79б 15122-79 скорость пара для обеспечения турбулентного режима при Re > 10000 должна быть более  Число труб обеспечивающих объёмный расход при R  = 10000 Условиям n < 29 и F < 21.30 удовлетворяет согласно таблице [1,с.215] теплообменник :Одноходовой теплообменник с числом труб n= 37 и внешнем сечением кожуха D=273 мм Уточняем значение Re для теплообменника  Коэффициент теплопроводности ацетона  Критерий Прандтля для ацетона  Критерий Нуссельта для ацетона  Отношение  было принято равным 1 с последующей проверкой.Коэффициент теплопередачи равен  Коэффициент теплопередачи при конденсации водяного пара  Где  4. Коэффициент теплопередачиПринимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара и ацетона[1,табл.XXXI]  Коэффициент теплопроводности стали  Толщина стенки стальной теплообменной трубы  Сумма термических сопротивлений   Поверхностная плотность теплового потока  Проверим соотношение учитывая выражение     =    Для равенства частей необходима поправка коэффициента К.  Тогда поверхностная плотность теплового потока равна  Проверим соотношение    =    5. Расчетная площадь поверхности С запасом 15% :  Теплообменник с количеством труб L= 3 имеет площадь  Число элементов в двух секциях  Общее число элементов   ЗаключениеЦелью работы является расчёт и проектирование теплообменного аппарата предназначенного для подогрева ацетона водяным паром. В тепловом расчете мы определили необходимую площадь теплопередающей поверхности, в нашем случае  24.49 , которая соответствует заданной температуре и оптимальным гидродинамическим условиям процесса. По полученным расчетным данным был выбран теплообменник одноходовой с числом труб n=37, и внешнем сечением кожуха D= 159мм.Список литературыПавлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов; под ред. чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с., ил. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. — 2-е изд., перераб. и дополн. — М.: Химия, 1991. — 496 с.: ил. |