- •Введение
- •1. Методические указания к курсовому проекту по процессам и аппаратам химической технологии
- •1.1. Цель и задачи курсового проектирования
- •1.2. Содержание и оформление расчетно-пояснительной записки
- •1.3. Оформление расчетно-пояснительной записки
- •1.4. Порядок работы над курсовым проектом
- •1.5. Задание на проектирование
- •2. Основные обозначения и единицы измерения
- •3. Методика расчета тарельчатых и насадочных ректификационных колонн
- •3.1. Материальный баланс и уравнения рабочих линий
- •3.2. Объемные расходы пара и жидкости
- •3.3. Скорость пара и диаметр насадочных ректификационных колонн
- •3.4. Скорость пара и диаметр тарельчатых ректификационных колонн
- •3.5. Высота тарельчатых ректификационных колонн
- •3.6. Высота насадки в насадочных ректификационных
- •3.7. Тепловой расчет ректификационной колонны.
- •3.8. Гидравлический расчет тарельчатых ректификационных колонн
- •3.9. Гидравлический расчет насадочных колонн
- •4. Пример расчета тарельчатой ректификационной колонны
- •4.1. Материальный баланс. Уравнение рабочих линий
- •Решаем уравнение с двумя неизвестными
- •4.2. Определение объемных расходов, скорости пара и диаметра
- •4.3. Определение числа тарелок и высоты тарельчатых колонн
- •4.4. Определение числа действительных тарелок и высоты
- •Физико-химические свойства веществ
- •4.5. Тепловой расчет ректификационной колонны
- •5. Пример расчета насадочной ректификационной колонны
- •Равновесные составы жидкости (х) и пара (у) в мольных %
- •5.1. Режим эмульгирования
- •Сопротивление слоя сухой насадки
- •Плотность орошения и критерий Рейнольдса жидкости
- •5.2. Режим подвисания
- •Физические свойства веществ и параметры колонны
- •5.3. Пленочный режим
- •Физические свойства веществ и параметры колонны
- •Определяем коэффициент массоотдачи паровой фазы
- •Плотность орошения
- •Сопротивление орошаемой насадки
- •6. Методика расчета теплообменных аппаратов
- •6.1. Тепловой расчет кожухотрубного теплообменика
- •Предварительный тепловой расчет
- •Физические свойства теплоносителей
- •6.2. Методика расчета подогревателя исходной смеси,
- •6.3. Методика расчета конденсатора паров дистиллята
- •6.4. Пример расчета подогревателя
- •Средняя температура холодного теплоносителя
- •Из выражений
- •6.5. Пример расчета конденсатора
- •Решение
- •6.6. Пример расчета холодильника дистиллята
- •6.7. Пример расчета кипятильника (испарителя) кубового остатка
- •6.8. Конструктивный расчет
- •6.9. Гидравлический расчет
- •6.10. Технико-экономический расчет
- •Процессы и аппараты химической технологии
- •И теплообменного аппарата
- •Саратов – 2005
- •Приложение 2
- •Утверждаю
- •Начальник кафедры № 9
- •Задание на курсовую работу по дисциплине
- •5. К защите представить:
- •6. Литература:
- •Равновесные составы жидкости X и пара y в мольных % и температура кипения t в 0с двойных смесей при давлении 760 мм рт. Ст.
- •Приложение 13
- •Литература
- •Оглавление
Из выражений
и
при Re = 15000 nр = 92 шт
Re = 12000 nр = 115 шт
6.4.9. Вычисляем поверхность теплообмена, принимая
К = 120 – 340 Вт/м2 · К;
При К = 120 ;
При К = 230 .
6.4.10. По каталогу-справочнику (см. приложение 14) выбираем теплообменники с числом труб в одном ряду nк и поверхностью теплообмена Fк, близким к расчетному значению nр и FP. Такими теплообменниками могут быть:
для nр = 115
- одноходовые Д = 400 мм, dн = 25 мм, nк = 121,
с площадями Fк = 14 м2, Fк = 23 м2, Fк = 37 м2.
- двухходовые Д = 600 мм, d = 25 мм, n = 266/2 = 133,
с площадью Fк = 40 м2.
Для расчета принимаем Re = 12000;
Для nр = 115 выбираем теплообменник одноходовой с параметрами
Д = 400 мм, dн = 25 мм, nк = 121, Fк = 23 м2, l = 2500.
К = 230 Вт/(м2 · К).
6.4.11. Уточняем, не изменился ли режим движения жидкости в трубах выбранного теплообменника с nк = 121, для чего рассчитываем число Рейнольдса
или
где Re3 – заданное число Рейнольдса.
6.4.12. Вычисляем критерий Нуссельта при турбулентном режиме (Re1 = 11405) холодного теплоносителя в трубном пространстве, принимая отношение Pr1/Prст = 1.
Критерий Нуссельта
Nu1 = 0,021 . Re10,6 . Рr10,43 = 0,021·114050,8 · 3,580,43 = 63,98
Критерий Прандтля
6.4.13. Коэффициент теплоотдачи трубного пространства
6.4.14. Определяем коэффициент теплоотдачи межтрубного пространства при конденсации насыщенного пара, когда на трубах образуется пленка конденсата (горячей воды).
Вначале определяем физические свойства воды при t = 119,6 0С по табличным данным, считая, что температура пленки конденсации равна температуре насыщенного пара: [10, c.3-9]
2 = 943 кг/м3; 2 = 232 · 10-6 Па·с;
2 = 68,4.· 10-2 Вт/м . К;
Gn = 0,203 кг/с
6.4.15. Рассчитываем термическое сопротивление стальной стенки и загрязнений.
Принимаем: - толщину стенки труб = 0,002 м,
- теплопроводность стали ст = 46,5 Вт/(м . К)
6.4.16. Определяем коэффициент теплопередачи
6.4.17. Находим требуемую поверхность теплообмена
Выбираем одноходовой теплообменник со следующими параметрами:
Д = 400 мм; dм = 25 мм; n = 121; L = 2 м; F = 18 м2
с 20% запасом F = 1,2 . 15,3 = 18,4 м2.
6.4.18. Определяем температуру стенки труб из уравнения удельной тепловой нагрузки
q = K .tср = 2 .t2 = 1 .t1
Пар
tS
q = K .tср = 323 . 82 = 26486 Вт/м2
.t2 = ts – tст2; tст2 = ts - .t2 = 119,6 – 2,66 = 116, 9 0 С
tст1 = t1 + tср х = 69,0 + 37,6 = 106,6 0C
Средняя температура стенки
Температура кожуха tk = 119,6 0 С.
6.4.19. Удельная тепловая нагрузка равна
qr = 2 (ts – tст 2) = 9957 (119,6 – 116,9) = 26884 Вт/м2
qх = 1 (tст 1 - tср. х) = 384 (106,6 – 37,60) = 384 . 69 =
= 26496 Вт/м2
6.4.20. Выполняем уточненный проверочный расчет коэффициента теплопередачи с учетом температур поверхности стенки:
а) вычислить критерий Нуссельта с учетом поправки (Pr1/Prст1)0,25
по уравнению Nu1 = 0,021Re0,6 . Рr10,43 ( Pr1/Prст1)0,25
Для определения Рrст1 необходимо определить физические свойства исходной смеси при tст 1 = 106,60С:
ссм = са· +сВ·(1- ) = 1060 · 0,297 + 986 · 0,703 =
= 1008 Дж/(кг·К);
см = А· +В·(1- ) = 0,143· 0,297 + 0,087 · 0,703 =
= 10,4·10-2 Вт/(м·К);
lgcм=xА. lgА+(1-xА) lgВ=0,46 lg 0,1834+
+(1- 0,46) lg 0,366= -0,575;
см = 0,266 сП = 0,266 .10-3 Па· с;
Nu1 = 0,021 . 114050,8 . 3,580,43 . ( 3,58/2,58)0,25 = 69,4;
б) найти коэффициент теплоотдачи трубного пространства
в) вычислить коэффициент теплоотдачи межтрубного пространства для конденсирующего водяного пара по формуле
Физические свойства определяем при средней температуре пленки конденсата
tпл =(ts + tст2)/2 =(119,6 + 116, 9)/2 = 118,250С;
t = ts + tст2 = 119,6 – 116, 9 = 2,70С;
L = Н = 2 м.
При tпл = 118,250С 118,30С
= 68,41 . 10-2 Вт/(м·К); = 944,3 кг/м3;
= 236 . 10-6 н·с/м2; r = 2,212 . 106 Дж/кг;
г)
д)
в)
Fym = 1,2 . 14,4 =17,3 м2
ж) уточнить температуры стенок труб и сходимость удельной тепловой нагрузки.
Удельная тепловая нагрузка
q = K . tср = 345 . 82 = 28290 Вт/м2;
q = t11 t1 = q/1 = 28290/416 = 68 0 C
tст1 = t1 + tcp.х = 68 + 37,6 = 105,60C
q= t2 2 t2 = q/2 = 28290/9636 = 2,94 0 С
tст2 = ts - t2 = 119,6 – 2,94 = 116,66 0 C
qг= 2 . t2 = 9636 . 2,94 = 28330 Вт/м2
qх = 1 . t1 = 416 . 68 = 28288 Вт/м2
qг = qх
Температуры стенок, значения удельной тепловой нагрузки практически совпадают с заданными. Окончательно выбираем теплообменник с параметрами:
Д = 400 мм; dн = 25 мм; n = 121;
F = 18м2; L = 2000 мм.
Температура стенок труб
tст = (tст1 + tст2)/2 = (105,6 + 116,66)/2 = 111 0 С
tст .кож = 119,60 t = tст.к - tст. = 119,6 – 111 = 8,6 < 30.
Следовательно, выбираем теплообменник типа «ТН».