Теплопередача в химической аппаратуре
Проведение подбора и расчета теплообменника, применяемого для нагревания или охлаждения жидкостей и газов. Оценка расходов теплоты и этанола с учетом потерь холода и воды системы. Анализ скорости турбулентного режима аппарата и его тепловой нагрузки.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.04.2013 |
| Размер файла | 94,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
6
Контрольная работа
Теплопередача в химической аппаратуре
Задание на расчетную работу
В трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника охлаждается пиво от температуры tн до tк. Расход охлаждаемой жидкости Mn, скорость движения в трубах w. Охлаждающая вода проходит противотоком по, межтрубному пространству со скоростью wв, в вырезах перегородок и нагревается от температуры tв до tв,к. Диаметр шахматно расположенных труб 25 X 2 мм. Определить плотность теплового потока, температуры поверхностей стенки, необходимую поверхность теплопередачи и расход воды.
Исходные данные
|
Жидкость |
Mn,т /ч |
щ, м/с |
tн, 0С |
tк, 0С |
щв, м/с |
tв, 0С |
tв,к, 0С |
|
|
Этанол |
28 |
1,0 |
85 |
40 |
0,20 |
15 |
35 |
рис.1 схема установки
Содержание
Задание на расчетную работу
Содержание
Введение
Реферат
Технологические расчеты
1. Определим расход теплоты и расход этанола
1.2 С учетом потерь холода в размере 5% расход теплоты
1.3 Расход воды
1.4 Объемные расходы этилового спирта и воды
2. Намечаем варианты холодильных аппаратов
3. Находим скорость обеспечивающую турбулентный режим
4. Коэффициент теплопередачи для воды
4.1 Уточняем значение критерия Рейнольдса Re2
4.2 Определим критерий Нуссельта для воды
5.Коэффициент теплоотдачи для этанола
5.1 Определим по таблице в соответствии с выбранным теплообменником площадь проходного сечения в вырезе перегородки
5.2 Критерий Прандтля для этанола при его средней температуре
5.3 Определим критерий Нуссельта для этанола
6.Определяем сумму термических сопротивлений стенки
6.1 Коэффициент теплопередачи
6.2Удельная тепловая нагрузка
7. Рассчитанная площадь поверхности теплообмена
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Для охлаждения до обыкновенных температур (примерно до 10-300С наиболее широко используют доступные и дешевые охлаждающие агенты - воду и воздух. По сравнению с воздухом вода отличается большой теплоемкостью, более высокими коэффициентами теплоотдачи и позволяет проводить охлаждение до более низких температур.
В качестве охлаждающего агента применяют речную, озерную, прудовую или артезианскую (получаемую из подземных скважин) воду. Если по местным условиям вода дефицитна или ее транспортирование связано со значительными расходами, то охлаждение производят оборотной водой - отработанной охлаждающей водой теплообменных устройств. Эту воду охлаждают путем ее частичного испарения в открытых бассейнах или чаще всего - в градирнях путем смешения с потоком воздуха (см. ниже) и снова направляют на использование в качестве охлаждающего агента.
Достигаемая температура охлаждения зависит от начальной температуры воды. Речная, озерная и прудовая вода в зависимости от времени года имеет температуру 4-250С, артезианская вода 8-150С и оборотная вода приблизительно 300С (в летних условиях). При проектировании теплообменной аппаратуры следует принимать в качестве расчетной начальную температуру воды для наиболее неблагоприятных (летних) условий с тем, чтобы обеспечить надежную и бесперебойную работу теплообменных устройств в течение всего года. Температура воды, выходящей из теплообменников, не должна превышать 40-500С (в зависимости от состава воды), чтобы свести к минимуму выделение растворенных в воде солей, загрязняющих теплообменные поверхности и снижающих эффективность теплообмена.
Вода используется для охлаждения главным образом в поверхностных теплообменниках (холодильниках), которые будут рассмотрены ниже. В таких холодильниках вода движется обычно снизу вверх для того чтобы конвекционные токи, обусловленные изменением плотности теплоносителя при повышении температуры, совпадали с направлением его движения. Вода применяется также в теплообменниках смешения, например разбрызгивается в потоке газа для охлаждения и увлажнения.
Кожухотрубчаиые теплообменники Достаточно посты в изготовлении, отличаются возможностью развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе.
Один из теплоносителей протекает по трубам, другой по межтрубному пространству. Теплота одного теплоносителя другому предается через поверхность стенок труб. Обычно нагреваемый теплоноситель подается снизу, а охлаждаемый теплоноситель - сверху вниз противотоком.
Такое движение теплоносителей способствует более эффективному переносу теплоты, так как при этом происходит совпадение направления движения каждого теплоносителя с направлением, в котором стремится двигаться данный теплоноситель под влиянием изменения его плотности при нагревании или охлаждении.
Рис. 2 - Кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции: 1 - кожух; 2 - трубные решетки; 3 - трубы; 4 - крышка; 5 - днище; I и II - теплоносители.
Реферат
В данной расчетно-графической работе мы произвели расчет и подбор теплообменника для нагревания или охлаждения жидкостей и газов.
Данная расчетно-графическая работа содержит 16 страниц печатного текста, 2 рисунка, 3 литературных источника.
теплообменник нагрев охлаждение жидкость этанол
Технологические расчеты
1. Определим расход теплоты и расход этанола
Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (этилового спирта), индекс «2» для холодного теплоносителя (воды).
1.1 Предварительно определим среднюю температуру воды
, (1.1)
Найдем температуру этилового спирта:
где: - средняя разность температур, равная при противотоке теплоносителей 200С.
?tн=85-35=50
?tк=40-15=25
, следовательно
= (1.2)
=
1.2 С учетом потерь холода в размере 5% расход теплоты
Q=1,05· Mn1 ·C1·(tн1-tк1) (1.3)
где: Mn1 - расход пива;
C1=, Дж/(кг·К) - удельная теплоемкость этанола при его средней температуре.
Q=1,05·7, 8·4190·(85-40)=1544224.5Вт
1.3 Расход воды
Mn2 = (1.4)
где: C2=4203 Дж/(кг·К) - удельная теплоемкость воды при ее средней температуре.
Mn2=
1.4 Объемные расходы этилового спирта и воды
(1.5)
где: с1=983 кг/м3 - плотность пива при его средней температуре [1 табл. IV]
Mn1 =7.8 кг/с - расход этилового спирта
(1.6)
где: с2=995 кг/м3 - плотность воды при ее средней температуре [1 табл. IV]
Mn2 =18.4 кг/с - расход воды
2. Наметим варианты холодильных аппаратов
Для этого определим ориентировочное значение площади поверхности теплообмена, полагая Кор= Вт/(м2·К) - ориентировочный коэффициент теплопередачи [1 табл. 4.8], т.е. приняв его таким же как и при теплообмене от жидкости к жидкости для углеродов и воды.
(1.7)
3. Находим скорость обеспечивающую турбулентный режим
Для обеспечения турбулентного течения воды скорость в трубах должна быть больше щ'1
(1.8)
где: с1=983 кг/м3 - плотность пива при его средней температуре [1 табл. IV]
м1=0,75·10-3 Па·с - динамический коэффициент вязкости пива при ее средней температуре [1 табл. VI];
d1=0,021 м - внутренний диаметр трубы.
Число труб 252 мм, обеспечивающих объемный расход воды при Re=10000
(1.9)
Условию n'>33 и F<72 удовлетворяет одноходовой теплообменник со следующими характеристиками [1 табл. 4.12]
|
Внутренний диаметр кожуха |
Dвн=400 мм |
|
|
Общее число труб |
n=111 |
|
|
Поверхность теплообмена |
F=52 м2 |
|
|
Длина труб |
l=6 м |
4. Коэффициент теплопередачи для воды
4.1 Уточняем значение критерия Рейнольдса Re2
(1.10)
где: n=111/6=18.5 - число труб на один ход
4.2 Критерий Прандтля для воды при ее средней температуре
=5.16 (1.11)
где л2=0,525·1,163=0,611 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности воды при ее средней температуре [1 рис. Х].
4.3 Определим критерий Нуссельта для воды
Аппараты с однократно-перекрестным движением жидкости для шахматных пучков.
(1.12)
где: ец=0,6 - коэффициент, учитывающий влияние угла атаки ц. Применительно к кожухотрубчатым теплообменникам с поперечными перегородками принимают коэффициент ец, учитывая, что теплоноситель в межтрубном пространстве лишь часть пути движется поперек труб.
Для капельных жидкостей при нагревании Pr/Prст>1, а при охлаждении Pr/Prст<1. На этом основании при проектировании теплообменников в расчете коэффициентов теплоотдачи для нагревающихся жидкостей можно принимать =1, допуская небольшую погрешность в сторону уменьшения теплоотдачи, то есть в сторону запаса.
Таким образом коэффициент теплоотдачи для воды равен:
(1.13)
5. Коэффициент теплоотдачи для пива
5.1 Определим по таблице в соответствии с выбранным теплообменником площадь проходного сечения в вырезе перегородки
Sвп=2,0·10-2 м2
5.2 Критерий Рейнольдса для пива
(1.14)
где: м1=0,75·10-3 - динамический коэффициент вязкости для пива при его средней температуре [1 табл.IX]
d1=0,021 - внутренний диаметр трубы.
5.3 Критерий Прандтля для этанола при его средней температуре
(1.15)
где л1=0,52·1,163=0,6 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности пива при его средней температуре [1 рис. Х].
5.4 Определим критерий Нуссельта для этанола
(1.16)
где: Для капельных жидкостей при нагревании Pr/Prст>1, а при охлаждении Pr/Prст<1. На этом основании при проектировании теплообменников в расчете коэффициентов теплоотдачи для нагревающихся жидкостей можно принимать =0,931.
(1.17)
где в1=1,13К-1 - коэффициент объемного расширения пива при его средней температуре [1 рис. ХХХIII];
?t1=0.75·?tср=0,75·37,5=28.1250
Таким образом коэффициент теплоотдачи пива равен:
(1.18)
6.Определяем сумму термических сопротивлений стенки
Принимаем тепловую проводимость загрязнений стенки со стороны этилового спирта 1/rзагр=4350 Вт/м2 т.к. пиво в основном состоит из воды(хорошо очищеной), тепловая проводимость загрязнений стенки со стороны воды среднего качества 1/rзагр=2900 Вт/м2 [1 табл. XXVI]. Коэффициент теплопроводности стали лст=46,5 Вт/(м·К) [1 табл. XXIII], д=0,002 м - толщина стенки.
Итак, находим сумму термических сопротивлений стенки и загрязнений.
(1.19)
6.1 Коэффициент теплопередачи
(1.20)
6.2 Удельная тепловая нагрузка
(1.21)
7. Рассчитанная площадь поверхности теплообмена
(1.22)
Площадь поверхности теплообмена уточняем по таблице, согласно выбранному теплообменнику [1 табл. 4.12].
Запас площади поверхности теплообмена
(1.23)
Заключение
В результате проделанных мною расчетов в данной расчетно-графической работе я подобрала теплообменник (холодильник). Он имеет следующие характеристики:
|
Внутренний диаметр кожуха |
Dвн=400 мм |
|
|
Общее число труб |
n=111 |
|
|
Поверхность теплообмена |
F=52 м2 |
|
|
Длина труб |
l=6 м |
Расход воды Mn2=7.8 кг/с, поверхность теплопередачи F<57 м2.
Основными преимуществами спиральных и пластинчатых теплообменников являются компактность и высокая интенсивность теплообмена. Вместите с тем их применение ограничено небольшими разностями давлений и температур обоих теплоносителей.
Важным фактором, влияющим на выбор типа теплообменника, является стоимость его изготовления, а также эксплуатационные расходы, складывающиеся из стоимости амортизации аппарата и стоимости энергии, затрачиваемой на преодоление гидравлических сопротивлений.
Список использованной литературы
1. Павлов 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 России П.Г. Романкова. - 12 -е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987г. М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 576с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по пректированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2 - е изд., перераб. и дополн. М.: Химия 1991. - 496с.
3. А.Г.Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. - 10 - е изд., стереотипное, доработанное. Перепеч. сизд. 1973г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. - 753с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение свойств теплоносителей. Оценка коэффициента теплопередачи и ориентировочной поверхности теплообмена. Конструкция вертикального кожухотрубчатого теплообменника жесткого типа. Расчет скорости воды в межтрубном пространстве теплообменника.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.11.2013Методика расчета теоретического расхода воды, требуемой для прекращения горения жидкости в резервуаре. Борьба с пожарами на нефтяных и газовых месторождениях. Твердотопливные аэрозолиобразующие составы. Содержание тепловой теории прекращения горения.
контрольная работа [386,0 K], добавлен 17.01.2013Представление об одноатомных насыщенных спиртах на примере этанола. Химические свойства, теплотворная способность; производство и применение спирта. Уравнения химической реакции этанола с металлами. Продукты замещения атома водорода гидроксильной группы.
разработка урока [28,8 K], добавлен 19.03.2015Расчет тепловой нагрузки. Определение температуры кипения раствора гидроксида натрия. Особенности теплообменника типа "труба в трубе". Одноходовый, шестиходовый теплообменник. Расчёт гидравлических сопротивлений. Двухтрубчатый, шестиходовый теплообменник.
курсовая работа [180,1 K], добавлен 03.07.2011Получение этилена дегидратацией этанола над оксидом алюминия. Получение ацетилена и опыты с ним, утилизация обесцвеченного раствора KMnO4 и бромной воды. Получение веществ в процессе нагревания спирта и серной кислоты, обесцвечивающих бромную воду.
лабораторная работа [1,4 M], добавлен 02.11.2009Рассмотрение способов очистки промышленных газов от газообразных примесей. Проведение расчета скорости газа, диаметра абсорбера, высоты светлого слоя жидкости, коэффициентов массоотдачи, штуцеров, числа тарелок и их гидравлического сопротивления.
курсовая работа [191,2 K], добавлен 01.05.2010Исследование химических свойств воды, предназначенной для ухода за розарием, полученной из сплит-систем. Анализ качества и объема, химический и экологический анализ воды из других источников. Проведение расчета ее потребного количества для полива.
научная работа [27,2 K], добавлен 28.04.2014Поступление газов в воду и необходимость их удаления. Предотвращение коррозии оборудования. Способы удаления газов из воды. Повышение эффективности дегазации путем десорбции. Технологические особенности деаэрации и влияние температуры. Виды аппаратов.
презентация [13,9 M], добавлен 10.12.2013Колориметрические методы измерения теплоты фазового перехода. Общий вид уравнения Клапейрона-Менделеева. Определение молярной теплоты фазового перехода. Устройство прибора, значения углового коэффициента. Показания вакууметра, давление в сосуде.
лабораторная работа [65,0 K], добавлен 06.05.2015Общая характеристика процесса нагревания жидкости и задачи его автоматизации. Анализ технологического процесса как объекта управления. Технологический процесс мокрой очистки газов в трубе Вентури. Описание систем контроля, регулирования и блокировки.
курсовая работа [321,0 K], добавлен 11.09.2012Особенности молекулярного, конвективного и турбулентного механизмов переноса молекул, массы и энергии. Расчет средней квадратичной скорости молекул и описание характера их движения, понятие масштаба турбулентности. Процедуры осреднения скорости молекул.
реферат [4,6 M], добавлен 15.05.2011Изучение свойств воды и вариантов использования ее в химической промышленности. Суть промышленной водоподготовки - комплекса операций, обеспечивающих очистку воды - удаление вредных примесей, находящихся в молекулярно-растворенном, коллоидном состоянии.
реферат [344,9 K], добавлен 07.06.2011Назначение и области применения теплообменного оборудования. Технологическая схема установки. Выбор конструкционного материала. Расчет поверхности теплообмена и подбор теплообменника. Прочностной, конструктивный и гидравлический расчет теплообменника.
курсовая работа [755,5 K], добавлен 26.07.2014Схема ректификационной установки. Расчет тепловой нагрузки. Ориентировочный выбор теплообменника: шестиходовый, четырехходовый, двухходовый, одноходовый. Расчет гидравлических сопротивлений. Механические расчеты узлов и деталей химических аппаратов.
курсовая работа [792,2 K], добавлен 03.07.2011Тепловой эффект химической реакции или изменение энтальпии системы вследствие протекания химической реакции. Влияние внешних условий на химическое равновесие. Влияние давления, концентрации и температуры на положение равновесия. Типы химических связей.
реферат [127,3 K], добавлен 13.01.2011Технологический расчет выпарного аппарата. Температуры кипения растворов. Полезная разность температур. Определение тепловых нагрузок. Расчет коэффициентов теплопередачи. Толщина тепловой изоляции выпарной установки. Высота барометрической трубы.
курсовая работа [393,9 K], добавлен 30.10.2011Изменение скорости химической реакции при воздействии различных веществ. Изучение зависимости константы скорости автокаталитической реакции окисления щавелевой кислоты перманганатом калия от температуры. Определение энергии активации химической реакции.
курсовая работа [270,9 K], добавлен 28.04.2015Тепловой эффект реакции. Реакция горения глицерина. Изменение энтропии при охлаждении. Температура плавления и кипения, теплоемкость в твердом, жидком и газообразном состоянии, теплота плавления и испарения этанола. Свободная энергия Гельмгольца.
контрольная работа [95,0 K], добавлен 08.10.2014Определение физических показателей воды, количества грубодисперсных примесей, плотности жидкостей. Вычисление кислотности и щелочности воды, ее жесткости и солености. Расчет количества сульфатов в воде. Определение химического потребления кислорода.
контрольная работа [308,7 K], добавлен 26.01.2013Расчет параметров и выбор теплообменника для подогрева толуола, обеспечивающего объёмный расход при турбулентном течении жидкости. Сравнительный анализ конструкций одноходового и двухходового теплообменников, оценка достоинств и недостатков моделей.
курсовая работа [206,1 K], добавлен 03.07.2011
