 |
Методика расчета тепловой изоляции
|
|
|
|
Ю. Я. Печенегов, Р. И. Кузьмина
Курсовое проектирование по
ПРОЦЕССАМ И АППАРАТАМ
ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Теплообменные аппараты и ректификационные установки
Учебное пособие
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Саратовский государственный университет
Имени Н. Г. Чернышевского
Ю. Я. Печенегов, Р. И. Кузьмина
Курсовое проектирование по
процессам и аппаратам химической технологии
Теплообменные аппараты и ректификационные установки
Учебное пособие для студентов
химико-технологических и
химико-механических специальностей
Саратов - 2010
УДК 66.01 (076)
ББК 35.11:35.514
П 31
Ю. Я. Печенегов, Р. И. Кузьмина
П 31 Курсовое проектирование по процессам и аппаратам химической технологии. Теплообменные аппараты и ректификационные установки: Учеб. пособие / Ю. Я. Печенегов, Р. И. Кузьмина: Сарат. гос. ун-т им. Н. Г. Чернышевского. Саратов, 2010, 110 с.
ISBN 978-5-
Изложены основы расчетов для проектирования установок и аппаратов для проведения типовых процессов химической технологии. Основное внимание уделено теплообменным аппаратам и ректификационным установкам, для которых приведены примеры численных расчетов. Даны необходимые справочные сведения, графические изображения аппаратов и их узлов.
Для студентов вузов химико-технологических и химико-механических специальностей. Может быть использовано для дипломного проектирования.
Рецензенты: кафедра «Машины и аппараты химических производств» Казанского государственного технологического университета (зав. каф., д. т. н., профессор С. И. Поникаров); канд. техн. наук, доцент В. П. Бирюков (СГАУ им. Н. И. Вавилова).
|
|
|
УДК 66.01 (076)
ББК 35.11:35.514
ISBN 978-5- © Печенегов Ю. Я., Кузьмина Р. И., 2010
© Саратовский государственный
университет им. Н. Г. Чернышевского, 2010
Оглавление
Введение…………………………………………….………............…………...5
1. Объем и содержание курсового проекта………….....................…………...6
1.1. Содержание расчетно-пояснительной записки………….........……….....6
1.2. Оформление расчетно-пояснительной записки………………………….7
1.3. Графическая часть проекта………………………………………………..8
1.4. Защита курсового проекта………………………………………………...8
2. Расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата……………………..9
2.1. Общие положения…………………………………………………………9
2.2. Задание на курсовой проект……………………………………………..11
2.3. Методика теплового расчета и выбор стандартного
теплообменного аппарата……………………………………………......13
2.4. Гидравлический расчет теплообменника……………………………….20
2.5. Механический расчет теплообменного…………………………………24
2.6. Примеры расчета и выбора стандартных
кожухотрубчатых теплообменников…....………………………………26
2.6.1. Расчет и выбор теплообменника-холодильника……………………...26
2.6.2. Расчет и выбор теплообменника-нагревателя......................................36
2.6.3. Расчет и выбор теплообменника-испарителя.......................................45
2.6.4. Расчет и выбор теплообменника-конденсатора...................................48
2.7. Расчет тепловой изоляции.........................................................................53
2.8. Расчет и выбор вспомогательного оборудования...................................58
2.9. Специальный вопрос..................................................................................60
3. Расчет ректификационной установки..........................................................62
3.1. Общие положения......................................................................................62
3.2. Задание на курсовой проект......................................................................64
|
|
|
3.3. Методика расчета ректификационной установки...................................65
3.3.1. Определение расхода дистиллята и кубового остатка.........................68
3.3.2. Построение диаграмм у-х и t-х,у...........................................................69
3.3.3. Определение оптимального флегмового числа и внутренних
потоков в колонне..................................................................................69
3.3.4. Определение числа теоретических и действительных тарелок..........72
3.3.5. Расчет скорости пара...............................................................................74
3.3.6. Расчет диаметра и общей высоты колонны..........................................75
3.3.7. Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн.........................76
3.3.8. Выбор материала и расчет толщины слоя тепловой
изоляции колонны...................................................................................77
3.3.9. Тепловой расчет установки....................................................................78
3.3.10. Расчет штуцеров и соединительных трубопроводов.........................80
3.3.11. Механический расчет колонны............................................................81
3.4. Пример расчета ректификационной установки
с колпачковыми тарелками........................................................................82
3.5. Пример расчета ректификационной установки
с ситчатыми тарелками..............................................................................93
3.6. Сведения о источниках с примерами расчетов.......................................95
3.7. Специальный вопрос..................................................................................95
4. Оформление графической части курсового проекта................................96
4.1. Технологические схемы.............................................................................96
4.2. Чертежи общего вида...............................................................................103
Приложения..............................................................................................105
Литература................................................................................................109
ВВЕДЕНИЕ
При выполнении курсового проекта студенты практически применяют знания, полученные по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии», а также по дисциплинам, на которых этот курс основывается (физическая химия, теплотехника, сопротивление материалов и др.) Работая над проектом, студент изучает действующие нормативные материалы (ГОСТы, ОСТы, нормы и др.), справочную литературу, приобретает навыки расчета и выбора из числа стандартных аппаратов и оборудования, составление технико-экономических обоснований, оформления технической документации.
|
|
|
Курсовой проект по процессам и аппаратам химической технологии является первой стадией самостоятельной работой студентов в вузе. Роль курсового проекта в профессиональной подготовке студентов исключительно велика. в своей деятельности оперирует численными значениями рабочих показателей технологического оборудования и он должен уметь рассчитывать эти показатели. Одно из курсового проектирования – это подготовка студентов к последующему выполнению дипломного проекта.
В настоящем пособии рассмотрены теплообменные аппараты и ректификационные установки. Они относятся к наиболее используемому основному технологическому оборудованию. На предприятиях нефтехимии и нефтепереработки удельный вес теплообменного оборудования, например составляет 60%. Из всего типов теплообменных аппаратов используемых в промышленности, около 80% занимают кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники просты в приготовлении и просты 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 давлений и температур.
Около 60% производимых у нас в стране массообменных аппаратов представляют собой тарельчатые колонны, остальные - насадочные колонны. Последние при правильной автоматизации гидродинамики процесса часто более экономичны, чем тарельчатые. В нефтеперерабатывающей промышленности преимущественно используются ректификационные колонны с колпачковыми, клапанными, ситовыми и решетчатыми тарелками.
В пособии приведены типовые методики расчета кожухотрубчатых теплообменных аппаратов и ректификационных установок с тарельчатыми колоннами, даны примеры численных расчетов и чертежей, необходимые справочные данные.
ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Курсовой проект состоит из двух частей:
1. расчетно-пояснительной записки объемом в пределах 30-50 страниц
|
|
|
2. графическая часть объемом не менее 1,5-2 листов приложений
1.1.Содержание расчетно-пояснительной записки
Рекомендуется следующая последовательность представления материалов пояснительной записки:
Титульный лист.
Задание на проектирование.
Содержание (оглавление).
Введение.
1. Технологическая схема установки и ее описание.
2. Технологический расчет аппаратов.
3. Гидравлический расчет аппаратов.
4. Расчет аппаратов на прочность.
5. Расчет тепловой изоляции.
6. Расчет и выбор вспомогательного оборудования.
7. Специальный вопрос (по заданию преподавателя).
Заключение (выводы и предложения).
Список использованной литературы.
Приложения.
Введение. В этом разделе дается краткое описание сущности и назначения заданного процесса, сравнительная характеристика аппаратов для его осуществления.
Технологическая схема установки и её описание. Приводится принципиальная схема установки и её описание с указанием позиций (аппаратов). На схеме стрелками указываются направление потоков, даются значение их расходов, температур, давлений и других параметров. Наносятся точки контроля работы установки (измерение расхода, давление, температуры, уровня жидкости и т. д.)
Технологический расчет аппаратов. Задачей данного раздела является определение основных размеров аппаратов и выбор стандартного типоразмера. Предварительно по справочникам находится значение физико-химических свойств перерабатываемых веществ (плотность, вязкость, теплоемкость и т. п.), составляются материальные и тепловые балансы. Затем рассчитываются кинетические характеристики процессов и по своим для каждого типа аппарата методикам находятся их размеры.
Гидравлический расчет аппаратов. Целью расчета является определение гидравлического сопротивления аппаратов и трубопроводов для последующего выбора мощности, перемещающих жидкости и газы (насосов, вентиляторов, компрессоров).
Расчет аппаратов на прочность. В задачу этого раздела входит определение основных размеров элементов аппарата, обеспечивающих их прочность: толщина стенок, крышек, днищ, люков, трубных решеток теплообменников; расчет фланцев, опор, компенсаторов температурных напряжений и т. д. Для колонных аппаратов при необходимости проводится расчет на устойчивость с учетом ветровой нагрузки.
Расчет тепловой изоляции. В данном разделе производится выбор материала тепловой изоляции аппарата. Определяется толщина слоя тепловой изоляции аппарата.
Расчет и выбор вспомогательного оборудования. Кроме основных аппаратов в установку входят различные виды вспомогательного оборудования: нагнетатели, вакуум насосы, конденсатоотводчики, емкости для хранения сырья и продукции и т. п. Данное оборудование должно быть рассчитано или подобрано по каталогам с учетом условий их работы.
|
|
|
Специальный вопрос. Задачей данного раздела является решение вопроса, направленного на улучшение рабочих характеристик аппарата, на повышение его производительности, на выявление количественных связей между параметрами и т. д. Данный вопрос представляет творческую работу студента и может рассматриваться как элемент научного исследования.
Заключение (выводы и предложения). Даётся анализ по результатов, их соответствие заданного на проект. Высказываются соображения о возможных путях совершенствования данного процесса и его аппаратурного оформления.
Список использованной литературы. В списке литературы включают все использованные источники. Располагают их в порядке упоминания в тексте или по алфавиту (по фамилии первого автора работы или по названию технического документа или источника). Сведения о книгах должны включать: фамилию и инициалы автора, название книги, место издания, издательство, год издания, число страниц. Например: Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. 752 с.
Сведения о статьях должны включать: фамилию и инициалы автора, название статьи, наименование журнала, серию, год выпуска, том, номер журнала, страницы. Например: Карабанов П. С. Затвердевание жидкости при вынужденном течении в щелевом канале // Теплофизика и аэромеханика. 2000. Т. 7. №2. с. 285-292.
Приложения. Оформляются как продолжение пояснительной записки. В приложения могут входить дополнительные иллюстративные и расчетные материалы вспомогательного характера, помещение которых в основной части записки нецелесообразно, а так же программы расчета на ЭВМ, спецификации чертежей, инструкции, документы и т. п.
1.2. Оформление расчетно-пояснительной записки
Расчетно-пояснительная записка должна быть написана от руки или напечатана на принтере на одной стороне листа чистой бумаги формата А4 (210 х 297 мм). Расстояние от края листа до границы текста должно быть: слева - 30 мм, справа - 10 мм, сверху и снизу - не менее 20 мм. Страницы записки нумеруются, а в оглавлении указываются номера страниц, соответствующие каждому разделу записки. Заголовки разделов должны быть краткими и соответствовать содержанию. Переносы слов в заголовках не допускаются, точку в конце заголовка не ставят. Расстояние между заголовком и последующим текстом должно быть равно 10 мм, расстояние между последней строкой текста и последующим заголовком - 15 мм.
Терминология и определения в записке должны быть едиными и соответствовать установленным стандартам, а при их отсутствии - общепринятым в научно-технической литературе. Сокращения слов в тексте и подписях, как правило, не допускаются, за исключением сокращений, установленных ГОСТ 7.12-77.
Все расчетные формулы в пояснительной записке приводятся сначала в общем виде, нумеруются, дается объяснение обозначений и размерностей всех входящих в формулу величин. Затем в формулу подставляют численные значения величин и записывают результат расчета. Все расчеты должны быть выполнены в международной системе единиц СИ. Если из справочников и других источников значения величин взяты в какой-либо другой системе единиц, перед подстановкой их в уравнения необходимо сделать пересчет в систему единиц СИ. В тексте указываются ссылки на источник основных расчетных формул, физических констант и других справочных данных. Ссылки на литературные источники указывают в квадратных скобках. Например: «...для определения коэффициента массоотдачи в газовой фазе используем формулу [7, с. 100]».
Все иллюстрации (графики, схемы, чертежи, фотографии) именуются рисунками. Рисунки должны быть простыми и наглядными, давать только общее представление об устройстве аппарата или узла, а не служить чертежом для изготовления. Все рисунки должны быть однотипными, т. е. выполнены либо карандашом, либо тушью, либо чернилами на листах записки или на миллиметровой бумаге. Рисунок нумеруют и располагают после ссылки на него. Все подписи, загромождающие рисунок, следует переносить в текстовую часть. Кривые или другие элементы на рисунках обозначают цифрами. Подписи под рисунками должны быть краткими, необходимые объяснения целесообразно приводить в тексте.
Все таблицы, как и рисунки, нумеруют. Заголовок таблицы помещают под словом «Таблица». Все слова в заголовках и надписях таблицы пишут полностью, без сокращений. Если повторяющийся в графе текст состоит из одного слова, его допускается заменять кавычками. Если повторяющийся текст состоит из трех или более слов, то при первом повторении его заменяют словами «То же», а при следующем - кавычками. Ставить кавычки вместо повторяющихся цифр, марок, знаков, математических и химических символов не допускается.
Распечатки с ЭВМ должны соответствовать формату А4 (должны быть разрезаны). Распечатки включают в общую нумерацию страниц записки и помещают в приложении.
1.3. Графическая часть проекта
Состоит из технологической схемы установки (половина или один лист) и чертежа основного аппарата с необходимыми разрезами, сечениями и узлами (один или два листа).
Содержание графической части проекта и её оформление подробно рассмотрено ниже в отдельной главе.
1.4. Защита курсового проекта
К защите допускается студент, выполнивший задание на проектирование в установленном объеме и оформивший его в соответствии с требованиями данного пособия. У допущенного к защите студента должны быть подписаны руководителем пояснительная записка и все чертежи. Курсовой проект принимается комиссией в составе не менее двух человек с обязательным участием преподавателя, консультировавшего студента во время проектирования. Студент делает доклад продолжительностью 5-7 минут, в котором освещает основные вопросы выбора, расчета и конструирования аппаратуры. По окончании доклада члены комиссии задают студенту вопросы по теме курсового проекта. Оценка курсового проекта должна включать в себя оценку качества расчета и оформления записки, качества выполнения графической части проекта, уровня доклада и ответа на поставленные вопросы. После защиты члены комиссии ставят на титульном листе пояснительной записки оценку, дату защиты и подпись. На защите могут присутствовать все желающие студенты.
РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО
ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
Основные условные обозначения:
| Q | – тепловая нагрузка, Вт; |
| c | – удельная массовая теплоемкость, Дж/(кг∙К); |
| t | – температура, оС; |
| Т | – температура, К; |
| q | – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2; |
| G | – массовый расход теплоносителя, кг/с; |
| r | – удельная массовая теплота конденсации, Дж/кг; |
| F | – площадь поверхности теплопередачи, м2; |
| K | – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙К); |
| α | – коэффициент теплоотдачи. Вт/(м2∙К); |
| Rз | – термическое сопротивление слоя загрязнений, м2∙К/Вт; |
| b | – коэффициент объемного расширения, К-1; |
| δ | – толщина стенки, м; |
| m | – динамический коэффициент вязкости, Па∙с; |
| r | – плотность, кг/м2; |
| x | – коэффициент местного сопротивления; |
| g | – ускорение свободного падения, м/с2; |
| D | – диаметр кожуха теплообменника, м; |
| d | – внутренний диаметр теплообменных труб, м; |
| dэ | – эквивалентный диаметр, м; |
| L | – длина теплообменных труб, м; |
| п | – число труб, шт.; |
| l | – определяющий размер в критериях подобия; |
| p | – давление, Па; |
| Δp | – гидравлическое сопротивление, Па; |
| S | – площадь поперечного сечения потока, м2; |
| w | – скорость движения теплоносителя, м/с; |
| z | – число ходов в теплообменниках; |
| l | – коэффициент трения; теплопроводность, Вт/(м∙К); |
| s | – поверхностное натяжение, Н/м; |
| v | – кинематический коэффициент вязкости, м2; |
| Re= wdэρ/m | – критерий Рейнольдса; |
| Nu= al/l | – критерий Нуссельта; |
| Pr =mc/l | – критерий Прандтля; |
| Gr=(gl3/v2)bΔt | – критерий Грасгофа. |
И н д е к с ы: н - начальное значение параметра; к - конечное значение параметра; ст - стенка; тр - трубное пространство; мтр - межтрубное пространство.
2.1. Общие положения
Задача инженера при проектировании обычно состоит в выборе стандартизованного теплообменного аппарата, наиболее подходящего для рассматриваемых условий работы. По ГОСТ 9929 – 82 стальные кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготавливаются машиностроительной промышленностью следующих типов: Н – с неподвижными трубными решетками (составляют 75 % всех кожухотрубных теплообменников в химических производствах); К - с температурным компенсатором на кожухе (примерно 15 %); У - с U-образными трубами (~ 4 %); П - с плавающей головкой (~ 4%); ПК - с плавающей головкой и компенсатором на ней (~ 2%). Теплообменники могут работать при температуре теплоносителей от -60 до +600 °С и при давлении до 16 МПа. Медные кожухотрубчатые аппараты изготавливают по ГОСТ 11971 – 77 двух типов: Н и К. В некоторых аппаратах используются трубы из латуни, алюминиево-магниевого сплава и титана.
В зависимости от назначения кожухотрубчатые аппараты могут быть нагревателями, холодильниками, конденсаторами и испарителями; их изготовляют одно- и многоходовыми.
Теплообменные аппараты изготовляют с кожухами диаметром 159, 273, 325, 400, 426, 600, 630, 800, 1000,1200 и 1400 мм (для типов Н и К), 1600, 1800 и 2000 мм (для типа Н), 325,400,426,500,530,600,630,800, 1000, 1200 и 1400 мм (для типов П и У) и 800, 1000, 1200, 1600, 2400,2600 и 2800 мм (для испарителей типов П и У).
Для стандартных теплообменных аппаратов типов Н и К применяют трубы 20 х 2 и 25 х 2 мм; для аппаратов типа П—трубы 20 х 2,25 х 2 и 25 х 2,5 мм; для аппаратов типа У — трубы 20x2 мм.
В кожухотрубчатых теплообменных аппаратах с неподвижными трубными решетками и с температурным компенсатором на кожухе трубы расположены по вершинам равностороннего треугольника. Размещение отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках — в соответствии с ГОСТ 15118—79, ГОСТ 22485—77 и ГОСТ 22486—77.
В кожухотрубчатых теплообменниках с U-образными трубами, теплообменниках и холодильниках с плавающей головкой трубы расположены по вершинам квадрата или равностороннего треугольника; в конденсаторах с плавающей головкой — по вершинам равностороннего треугольника; в испарителях с паровым пространством — по вершинам квадрата. Размещение отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках — в соответствии с ГОСТ 13202—77 (для аппаратов типа П) и ГОСТ 13203—77 (для аппаратов типа У). Трубы в трубных решетках крепят методом развальцовки или обварки с подвальцовкой в соответствии с ОСТ 26-02-1015—74.
Общие виды теплеообменных аппаратов различной конструкции, описание их устройства и работы приведены в [1, с.7-28], [3,с. 11-28], [14, с.117-141], [15, с. 431-436]; материал основных узлов и деталей указан в ГОСТ 9929 - 82; свойства материалов даны в таблице I.
В конденсаторах пар направляется преимущественно в межтрубное пространство. Кожухотрубчатые конденсаторы имеют больший диаметр штуцера для подвода пара, чем для отвода конденсата.
Кожухотрубчатые испарители по ГОСТ 15119 - 79 могут быть только вертикальными одноходовыми с трубками диаметром 25×2мм. В их трубном пространстве кипит жидкость, а в межтрубном пространстве может быть теплоноситель с фазовым переходом (конденсация) или однофазный. По ГОСТ 14248 - 79 кожухотрубчатые испарители выпускаются с паровым пространством над кипящей в кожухе жидкостью с трубными пучками из U - образных труб или с плавающей головкой. Эти аппараты всегда располагаются горизонтально. Горячий теплоноситель (газ, жидкость, пар) в них движется по трубам с двумя ходами, причем длина труб 6 м, а диаметр 25×2 мм.
Задача выбора стандартного теплообменника состоит в определении из типоразмерного ряда аппарат с минимальной площадью теплопередающей поверхности, которая обеспечит передачу требуемого количества теплоты.
Процедура выбора стандартного теплообменника входит составной частью в методику расчета теплообменника, которая в общем случае включает в себя определение площади поверхности теплопередачи, потерь давления теплоносителей при прохождении через аппарат, механических напряжений в элементах и узлах работающего аппарата. В соответствии с определяемыми величинами различают тепловой расчет, гидравлический (аэродинамический - для газовых теплоносителей) расчет, механический расчет.
Таблица 2.1
Физические свойства металлов
| Свойства | Температура, °С | |||||
| 1. Коэффициент теплопроводности, λ, Вт/(м·К) среднеуглеродистых сталей | 50,0 | 49,3 | 48,1 | 45,6 | 42,4 | 39,1 |
| хромоникелевых сталей | 39,0 | 38,4 | 37,9 | 36,8 | 36,8 | 34,5 |
| латуни | ||||||
| алюминия | ||||||
| меди | ||||||
| 2. 2. Нормативное допускаемое напряжение, [ σ ], МПа: для сталей 20 и 20К | - | |||||
| для сталей 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т | ||||||
| 3. Модуль нормальной упругости, Е·10-5, МПа: для углеродистых и низколегированных сталей | 1,99 | 1,91 | 1,81 | 1,71 | 1,55 | - |
| для коррозионно-стойких хромистых сталей | 2,15 | 2,15 | 1,98 | 1,9 | 1,78 | 1,63 |
| 4.Коэффициент температурного линейного расширения, α ·106, 1/°С: | От -100 До +20 | От 20 До 100 | От 20 До 200 | От 20 До 300 | От 20 До 400 | От 20 До 500 |
| для углеродистых сталей | 15,2 | 11,35 | 12,36 | 12,93 | 13,44 | 14,1 |
| для легированных сталей | 15,1 | 11,65 | 12,40 | 12,80 | 13,30 | 13,5 |
2.2. Задание на курсовой проект
Произвести тепловой расчет и выбрать стандартный кожухотрубчатый теплообменник для рабочих условий варианта из табл. 2.2, указанного преподавателем. Выполнить гидравлический расчет с целью определения потери давления ∆p в выбранном стандартном аппарате того теплоносителя, для которого в табл. 2.2 задана допустимая величина ∆p. Выполнить механический расчет выбранного стандартного теплообменника с целью определения напряжений в трубках и кожухе и решения вопроса о компенсации температурных удлинений.
Таблица 2.2
Варианты заданий
| № зада ния | Теплоносители | Назначение аппарата | Расход целево- го тепло- носителя G ×10-3 кг/ч | Температура целевого теплоноси-теля, °С | Давление (абс.) целевого теплоноси-теля на входе в аппарат p1,н, МПа | Допустимая потеря давления в аппарате Δp, МПа | |||
| целевой (1) | обеспеч. (2) | началь-ная t1,н | конеч-ная t1,к | целевой теплонос. | обеспеч. теплонос. | ||||
| Бензол | вода | холодиль-ник | 0,2 | 0,01 | - | ||||
| Ацетон | вода | холодиль-ник | 0,15 | - | 0,008 | ||||
| Этилацетат | вода | холодиль-ник | 1,0 | 0,015 | - | ||||
| Этиловый спирт | вода | холодиль-ник | 0,15 | 0,02 | - | ||||
| Метиловый спирт | вода | холодиль-ник | 0,3 | 0,025 | - | ||||
| Толуол | вода | холодиль-ник | 0,13 | 0,012 | - | ||||
| Бутиловый спирт | вода | холодиль-ник | 0,25 | 0,01 | - | ||||
| Хлорбензол | вода | холодиль-ник | 0,18 | 0,006 | - | ||||
| Пропиловый спирт | водяной пар | нагрева-тель | 0,3 | 0,012 | - | ||||
| Воздух | водяной пар | нагрева-тель | 0,25 | 0,015 | - | ||||
| Этиловый спирт | водяной пар | нагрева-тель | 0,15 | 0,01 | - | ||||
| Хлорбензол | водяной пар | нагрева-тель | 0,13 | 0,02 | - | ||||
| Четырех- хлористый углерод | водяной пар | нагрева-тель | 0,2 | 0,013 | - | ||||
| Бензол | воэдух | нагрева-тель | 0,22 | - | 0,01 | ||||
| Ацетон | воэдух | нагрева-тель | 0,25 | - | 0,008 | ||||
| Толуол | воэдух | нагрева-тель | 0,2 | - | 0,012 | ||||
| Этиловый спирт | водяной пар | испари-тель | 0,2 | - | - | ||||
| Бутиловый спирт | водяной пар | испари-тель | 0,1 | - | - | ||||
| продолжение таблицы 2.2 | |||||||||
| Четырех- хлористый углерод | водяной пар | испари-тель | 0,2 | - | - | ||||
| Бензол | водяной пар | испари-тель | 0,3 | - | - | ||||
| Толуол | водяной пар | испари-тель | 0,15 | - | - | ||||
| Метиловый спирт | водяной пар | испари-тель | 0,18 | - | - | ||||
| Уксусная кислота | водяной пар | испари-тель | 0,16 | - | - | ||||
| Хлорбензол | вода | конденса-тор | 0,12 | - | 0,014 | ||||
| Бензол | вода | конденса-тор | 0,25 | - | 0,016 | ||||
| Толуол | вода | конденса-тор | 0,13 | - | 0,023 | ||||
| Этиловый спирт | вода | конденса-тор | 0,15 | - | 0,014 | ||||
| Метиловый спирт | вода | конденса-тор | 0,35 | - | 0,018 | ||||
| Бутиловый спирт | вода | конденса-тор | 0,15 | - | 0,012 | ||||
| Уксусная кислота | вода | конденса-тор | 0,13 | - | 0,015 |
2.3. Методика теплового расчета и выбор стандартного
теплообменного аппарата
Алгоритм расчета приведен на рис.1 в виде блок-схемы, ориентированной на использование ЭВМ. Поясним представленный алгоритм на примере, когда теплоносители не претерпевают в аппарате фазовых переходов (холодильники и нагреватели).
1. Исходные данные определены заданием из табл. 2.2. Кроме того, принимаются численные значения двух из трех величин: начальная температура обеспечивающего теплоносителя t2,н; конечная температура обеспечивающего теплоносителя t2,к; расход обеспечивающего теплоносителя G2. Вводятся также значения средних теплоемкостей целевого с1 и обеспечивающего с2 теплоносителей, определенные, например, по [2, с.369, с.372].
Решается вопрос о распределении теплоносителей по трубному и межтрубному пространствам теплообменника. По [2] (табл. 7 приложений на с.377) или [3] (табл. 2.1 на с.48) находятся величины термических сопротивлений отложений в трубном Rтр и межтрубном Rмтр пространствах, которые также входят в состав вводимых параметров.
2. Из уравнения теплового баланса
Q = G1 (c1,н t1,н – c1,k t1,k) = G2 (c2,k t2,k – c2,н t2,н)
находятся передаваемый в теплообменнике тепловой поток Q и та из величин G2, t2,н или t2,k, которая не была ранее принята.
3. Среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике при прямотоке и противотоке
где Δtδ и Δtm - соответственно большая и меньшая разности температур между горячим и холодным теплоносителями на концах теплообменника.
4. Для теплоносителя, имеющего меньшее изменение температуры в теплообменнике, средняя температура находится как среднеарифметическая температур входа и выхода
t'ср = 0,5 (t'вх + t'вых).
Средняя температура другого теплоносителя определяется по формуле
t''ср = t'ср ± Δtср.
где знак "+" соответствует случаю, когда tcp" относится к горячему теплоносителю.
5. При температурах t'ср и t''ср находятся, например, по [2, с.364-377], плотность, ρ; теплоемкость, ср; коэффициенты теплопроводности, λ; коэффициенты вязкости ν или μ; числа Прандтля, Pr.
6. По литературным данным (см., например, табл. 6.2 на с.147 в [2]) принимается приближенное значение коэффициента теплопередачи Кпр.
7. Находится предварительная величина площади поверхности теплопередачи
Fпр=Q/(Δtсрл×Кпр).
8. Стандартный теплообменник целесообразно выбирать такой, чтобы в трубах обеспечивался турбулентный режим течения теплоносителя, то есть число Рейнольдса было бы больше 2300. Очевидно, такой режим возможен в теплообменнике, у которого число труб n, приходящееся на один ход Z, равно
где dвн - внутренний диаметр труб; Gi, Rei, μi - расход, число Рейнольдса и динамический коэффициент вязкости теплоносителя, протекающего в трубах. Причем следует предварительно принять численное значение Rei в интервале от 8000 до 15000.
Определяются значения n/z, для труб диаметром 20 х 2 мм и 25 х 2 мм и по этим значениям и величине Fпр, с использованием данных [3] (табл. 2.3 - 2.5 на с 51-53, табл. 2.9 на с 57, табл. 2.10 на с 59) или [2] (табл. 6.7-6.9 на с. 158-160), а также [4] (табл. 4.2 на с. 215), [5] (с. 646-678), [6] (с. 87-95), [33] (каталог), выбирается стандартный теплообменник с наиболее близкой площадью поверхности теплопередачи.
Если выбранный теплообменник имеет z > 1, то необходимо уточнить величину средней разности температур
,
где εΔt – поправка на сложные схемы тока теплоносителей:
; 
.
После этого уточняется значение
и вновь выбирается стандартный теплообменник по 
и величине n/z.
9. Численные значения конструктивных характеристик принятого стандартного теплообменника представлены в названных в предыдущем пункте 8 таблицах в источниках [2,3,4,5,6]. С учетом рекомендаций [7] выбирается материал узлов и элементов теплообменника. Для выбранного материала труб по табл. 2.I определяется коэффициент теплопроводности λст и вводится вместе с конструктивными параметрами.
10. Расчет коэффициентов теплообмена в трубном αтр и межтрубном αмтр пр
|
|
|
