Введение

Теплообменник - устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Критерий Прандтля – критерий физического подобия, выражает соотношение между теплом переносимой конвекцией и теплопроводностью в ядре потока.

Критерий Нуссельта – выражает подобие процессов переноса тепла на границе между стенкой и потоком газа(жидкости).

Теплопередача – наука о процессах распространения тепла.

Коэффициент теплопередачи – показывает какое количество тепла переходит в 1 секунду от более нагретого тела к более холодному теплоносителю через поверхность теплообмена 1м² при средней разности температур между теплоносителями, равной 1 градус.

Основная часть

1 Технологические расчеты

1.1 Температурная схема

_{метанол}

60 30

_вода

40 20

⁰С ⁰С;

⁰С;

1.2 Определение средней температуры воды

⁰С

1.3 Определение средней температуры метанола

1.4 С учетом потерь в размере 5% расход теплоты составит:

;

где

с₁ – удельная теплоемкость метилового спирта при средней температуре t₁=44,56⁰С (рисунок XI),

с₂ – удельная теплоемкость воды при средней температуре t₂=30⁰С (рисунок XI),

1.5 Расход воды

,

Объёмные расходы метилового спирта и воды:

,

где - плотность метилового спирта при t₁=44,56⁰C,

- расход метанола;

- плотность воды при t₂=30⁰C, - расход воды.

2. Выбор холодильных аппаратов

2.1 Наметим варианты холодильных аппаратов.

Для этого определим ориентировочно значение площади поверхности теплообмена, полагая К_ор=250 Вт/(м²К)- ориентировочный коэффициент теплопередачи жидкости и жидкости для углеводородов и масел.

Для обеспечения турбулентного течения воды скорость в трубах должна быть больше w₂^’.

где

-динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре t₂=30⁰C;

d₂-внутренний диаметр труб, d₂=0,021м;

-плотность воды при 30⁰С.

Число труб 25 2мм, обеспечивающих объемный расход воды Re₂=10000

Условию n < 21,87 и F < 68,98 м² удовлетворяет шестиходовой теплообменник.

Характеристики теплообменника:

Внутренний диаметр кожуха D_вн =600мм

Общее число труб n=196

Длина труб 4м

Поверхность теплообменника F=61м²

3. Расчет коэффициента теплоотдачи для воды

3.1 Значение критерия Рейнольдса (Re₂)

3.2 Значение критерия Прандтля для воды (Pr₂) при средней температуре t₂=30⁰C

где

- коэффициент теплопроводности воды при t₂=30⁰C, ;

с₂ – удельная теплоёмкость воды при средней температуре t₂=30⁰C, ;

- динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре t₂=30⁰C, .

3.3 Рассчитываем значение критерия Нуссельта для воды (Nu₂)

где

Отношение принимаю равным 1,05 (с последующей проверкой).

3.4 Коэффициент теплоотдачи для воды равен

.

Площадь проходного сечения в вырезе перегородки S_вп=3,7*10^-2 м² по таблице 4.12

4. Расчет коэффициента теплоотдачи для метанола

4.1 Расчетная скорость метанола

Расчетная скорость метанола в межтрубном пространстве равна

Где V₁=0,0039 м³/с – расход метилового спирта

4.2 Критерий Рейнольдса для метанола равен

где

- скорость метилового спирта в межтрубном пространстве, =0,11м/с;

d₁ – внешний диаметр трубы, d₁ =0,025 м;

- динамический коэффициент вязкости метилового спирта при средней температуре t₁=44,56⁰C, ;

₁ – плотность метилового спирта при температуре t₁=44,56⁰С, ₁ =769,5 кг/м³.

4.3 Рассчитываем критерий Прандтля для метанола при средней температуре t=44,56⁰С:

где

с₁-удельная теплоемкость метанола при температуре 44,56⁰С рис. рис.XI , ;

-динамический коэффициент вязкости метанола таблица IX

-коэффициент теплопроводности метанола при средней температуре 44,56⁰С, ;