Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

МИРЭА - Российский технологический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Тепл-Проц-Розрахункови-укр.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.07.2025

Размер:

803.33 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 44

5. Приклад розрахунку

Розрахувати і підібрати кожухотрубний теплообміник для нагрівання чотирихлористого вуглецю в кількості G₁ = 4,5 кг/с від t₁_п = 20С до t₁_к = 70С. Гарячий теплоносій ‑ вода (G₂ = 5 кг/с) охолоджується від початкової температури, що дорівнює t₂_п = 75С. Обидва теплоносії ‑ корозійно-активні рідини.

Розрахунок теплообмінника проводять послідовно у відповідності до загальної схеми.

Холодний теплоносій (чотирихлористий вуглець) ‑ при середній температурі t₁ = (20 + 70)/2 =45С має наступні фізико-хімічні характеристики:

₁ = 1546 кг/м³; ₁ = 0,105 Вт/(мК); ₁ = 0,7510^-3 Пас; с₁ = 838 Дж/(кгК).

1. Визначення теплового навантаження.

Вт.

2. Визначення кінцевої температури гарячого теплоносія (води) з рівняння теплового балансу:

С.

де с₂ ‑ теплоємність гарячого теплоносія (води) при його середній температурі t₂. Інші фізико-хімічні властивості гарячого теплоносія (води) при цій температурі: ₂, кг/м³; ₂, Вт/(мК); ₂, Пас.

3. Визначення середньологарифмічної різниці температур:

К.

4. Орієнтовний вибір теплообмінника.

Визначимо орієнтовне значення площі поверхні теплообміну, прийнявши K_ор = 400 Вт/(м²К) (табл.Д1). При цьому орієнтовне значення поверхні теплообміну:

м².

Виходячи з різниці температур кожуха і труб, можемо використовувати кожухотрубчаті теплообмінні апарати типу ТК. Для забезпечення інтенсивного теплообміну спробуємо підібрати апарат з турбулентним режимом течії теплоносіїв. Вирішення питання про те, який теплоносій направити в трубний простір, обумовлене його температурою, тиском, корозійною активністю, здатністю забруднювати поверхні теплообміну, витратою та інш. В трубній простір з меншим прохідним перетином доцільно направити теплоносій з меншою витратою. Це дасть можливість вирівняти швидкості руху теплоносіїв і відповідні коефіцієнти тепловіддачі, збільшуючи таким чином коефіцієнт теплопередачі. Крім того, спрямовуючи потік холодної рідини в міжтрубний простір, можливо відмовитися від теплоізоляції кожуха теплообмінника.

Чотирихлористий вуглець направимо в трубний простір, воду – в міжтрубний простір. Приймемо орієнтовно значення Re (15000), що відповідає розвиненому турбулентному режиму течії в трубах. Тоді в трубах теплообмінника 252 мм швидкість течії чотирихлористого вуглецю повинна бути:

м/с.

А в трубах теплообмінника 202 мм швидкість течії чотирихлористого вуглецю повинна бути:

м/с.

Очевидно, такий режим можливий в теплообміннику, у якого прохідний перетин трубного простору не більше, чим:

м² для труб 252 мм;

м² для труб 202 мм;

З Табл.Д5 вибираємо теплообмінник з трубами 202 мм, що має відповідну поверхню теплообміну і площину прохідного перетину трубного простору: двоходовий теплообмінник ТК, діаметром кожуха 325 мм, поверхнею теплообміну 22,5 м², загальне число труб 90, довжина труб 4 м, площа прохідного перетину одного хода по трубах 0,910^-2 м², площа прохідного перетину міжтрубного простору 1,610^-2 м².

Проведемо уточнюючий розрахунок обраного варіанту теплообмінного апарату.

Уточнюємо режим течії чотирихлористого вуглецю в трубах:

м/с;

Відповідно до формули (12) критерій Nu і коефіцієнт тепловіддачі до чотирихлористого вуглецю, що рухається по трубам:

;

Вт/(м²К).

Приймаємо , тому що різниця температур t₁ і t_cm₁ невелика (t_cp < 30C).

Визначимо критерій Рейнольдса для води, що рухається в міжтрубному просторі:

м/с;

Тоді критерій Nu і коефіцієнт тепловіддачі від води, що рухається в міжтрубному просторі, до труб теплообмінника:

;

Вт/(м²К).

Приймемо термічні забруднення для стінки з боку чотирихлористого вуглецю 1/r₁ = 5800 Вт/(м²К), з боку води 1/r₂ = 2900 Вт/(м²К) (Табл.Д3), через підвищену корозійну активність теплоносіїв в якості матеріалу труб оберемо нержавіючу сталь. Тоді коефіцієнт теплопередачі дорівнює:

Вт/(м²К).

Потрібна поверхня тоді буде:

м².

При цьому запас поверхні теплообміну складає:

Література

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии ‑ М.: Химия, 1973. ‑ 752 с.
Справочник по теплообменникам: В 2-х т. Т.2 / Пер с англ. Под ред. О.Г. Мартыненко и др. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 352 с.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / 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. – 496 с.
Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Под ред. П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и дополн. ‑ Л.: Химия, 1987. ‑ 576 с.
Справочник химика: В 6 т. Основные свойства неорганических и органических соединений / Гл. ред. Б.П. Никольский. ‑ 2-е изд. ‑ М.,Л.: Госхимиздат, 1963. ‑ Т.2. – 1168 с.

ДОДАТКИ

Таблиця Д1 ‑ Орієнтовні значення коефіцієнта тепловіддачі  (Вт/(м²К)

Вид тепловіддачі	Вода	Повітря (атм. тиск)	Прикм.
Вимушена турбулентна течія: а) в трубах і каналах б) при поперечному обтіканні труб	1200‑5800 3100‑10000	35‑60 70‑100	d=30 мм, швидкість води 0,2‑1,5 м/с, повітря 8‑15 м/с. шахматний пучок,
Вільний рух	250‑900	3‑9
Кипіння води	2000‑24000		за атм.тиску, t = 515 К.
Конденсація насиченої водяної пари на зовнішній поверхні горизонтальної труби	9300‑15000		тиск насич. пари 0,4 МПа; d=30 мм; t = 355 К.

Таблиця Д2 ‑ Орієнтовні значення коефіцієнту теплопередачі К

Вид теплообміну	К, Вт/(м²К)
Вид теплообміну	для вимушеного руху	для вільного руху
Від газу до газу	10 – 40	4 – 12
Від газу до рідини	10 – 60	6 – 20
Від пари, що конденсується до газу	10 – 60	6 – 12
Від рідини до рідини для води для вуглеводнів і масел	800 – 1700 120 – 270	140 – 430 30 – 60
Від водяної пари, що конденсується до води до киплячої рідини до органічних рідин	800 – 3500 ‑ 120 – 340	300 – 1200 300 – 2500 60 ‑ 170
Від водяної пари, що конденсується органічних рідин до води	300 – 800	230 – 460

Таблиця Д3 – Теплова провідність забруднень стінок (Вт/(м²К))

Теплоносії	1/r_з, Вт/(м²К)
Вода: забруднена середньої якості доброї якості дистильована	1400 – 1860 1860 – 2900 2900 – 5800 11600
Повітря	2800
Нафтопродукти, масла, пари холодоагентів	2900
Нафтопродукти сирі	1160
Органічні рідини, розсоли, рідкі холодоагенти	5800
Водяна пара, що містить масла	5800
Пари органічних рідин	11600

Таблиця Д4 – Фізичні властивості води (на лінії насичення)

р10^-4, Па	t, C	, кг/м³	i, кДж/кг	c, кДж/(кгК)	10², Вт/(мК)	а10⁷, м²/с	10⁶, Пас	10⁶, м²/с	10⁴, К^-1	10⁴, Н/м	Pr
9,81	0	1000	0	4,23	55,1	1,31	1790	1,79	-0,63	756	13,7
9,81	10	1000	41,9	4,19	57,5	1,37	1310	1,31	+0,7	762	9,52
9,81	20	998	83,8	4,19	59,9	1,43	1000	1,01	1,82	727	7,02
9,81	30	996	126	4,18	61,8	1,49	804	0,81	3,21	712	5,42
9,81	40	992	168	4,18	63,4	1,53	657	0,66	3,87	697	4,31
9,81	50	988	210	4,18	64,8	1,57	549	0,556	4,49	677	3,54
9,81	60	983	251	4,18	65,9	1,61	470	0,478	5,11	662	2,98
9,81	70	978	293	4,19	66,8	1,63	406	0,415	5,70	643	2,55
9,81	80	972	335	4,19	67,5	1,66	355	0,365	6,32	626	2,21
9,81	90	965	377	4,19	68,0	1,68	315	0,326	6,95	607	1,95
10,10	100	958	419	4,23	68,3	1,69	282	0,295	7,5	589	1,75
14,32	110	951	461	4,23	68,5	1,69	256	0,268	8,0	569	1,58
19,82	120	943	503	4,23	68,6	1,72	231	0,244	8,6	549	1,43
26,98	130	935	545	4,27	68,6	1,72	212	0,226	9,2	529	1,32
36,10	140	926	587	4,27	68,5	1,72	196	0,212	9,7	507	1,23
47,58	150	917	629	4,32	68,4	1,72	185	0,202	10,3	487	1,17
61,80	160	907	671	4,36	68,3	1,72	174	0,191	10,8	466	1,10
79,26	170	897	713	4,40	67,9	1,72	163	0,181	11,5	444	1,05
100,36	180	887	755	4,44	67,5	1,72	153	0,173	12,2	424	1,01

Таблиця Д5 – Параметри кожухотрубчатих теплообмінників і холодильників (ГОСТ 15118-79, 15120-79, 15122-79)

D кожуха, мм

D труб, мм

Число ходів

Загальне число труб, шт.

Поверхня теплообміну, м²

при довжині труб, м

Площа перетину потоку, 10² м²

Площа перетину одного ходу по трубам, 10² м²

1,0

1,5

2,0

3,0

4,0

6,0

9,0

у вирізі перегородок

між перегородками

159

202

252

1,0

2,0

1,5

2,5

2,0

3,5

3,0

0,3

0,4

0,5

0,8

0,4

0,5

273

202

252

4,0

3,0

6,0

4,5

7,5

6,0

11,5

9,0

0,7

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

325

202

252

100

9,5

8,5

7,5

6,5

12,5

11,0

10,0

9,0

19,0

17,0

14,5

13,0

25,0

22,5

19,5

17,5

1,1

1,3

2,0

1,6

2,9

1,5

2,0

0,9

2,1

1,0

400

202

252

181

166

111

100

23,0

21,0

17,0

16,0

34,0

31,0

26,0

24,0

46,0

42,0

35,0

31,0

68,0

63,0

52,0

47,0

1,7

2,0

2,5

3,0

3,1

2,5

3,6

1,7

3,8

1,7

600

202

252

389

370

334

316

257

240

206

196

147

139

126

119

121

113

4,1

3,7

4,0

3,7

6,6

4,8

5,3

4,5

7,8

3,7

1,6

0,9

8,9

4,2

1,8

1,1

800

202

252

717

690

638

618

465

442

404

384

135

130

120

116

109

104

180

173

160

155

146

139

127

121

270

260

240

233

219

208

190

181

405

390

361

349

329

312

285

271

6,9

6,5

7,0

6,5

9,1

7,0

14,4

6,9

3,0

2,0

16,1

7,7

3,0

2,2

1000

202

252

1173

1138

1072

1044

747

718

666

642

221

214

202

197

176

169

157

151

295

286

269

262

235

226

209

202

442

429

404

393

352

338

314

302

663

643

606

590

528

507

471

454

10,1

9,6

10,6

10,2

15,6

14,6

14,3

13,0

23,6

11,4

5,1

3,4

25,9

12,4

5,5

3,6

1200

202

252

1701

1658

1580

1544

1083

1048

986

958

427

417

397

388

340

329

310

301

641

625

595

582

510

494

464

451

961

937

893

873

765

740

697

677

14,5

13,1

16,4

14,2

18,7

17,6

17,9

16,5

34,2

16,5

7,9

4,9

37,5

17,9

8,4

5,2

Таблиця Д6 – Густина рідких речовин і водяних розчинів залежно від температури

Речовина	Густина, кг/м³
Речовина	-20С	0С	20С	40С	60С	80С	100С	120С
Ацетон	835	813	791	768	746	719	693	665
Бензол	-	900	879	858	836	815	793	769
Вода	-	1000	998	992	983	972	958	943
Гексан	693	677	660	641	622	602	581	559
Метанол, 100%	828	810	792	774	756	736	714	-
Толуол	902	884	866	847	828	808	788	766
Хлороформ	1563	1526	1489	1450	1411	1380	1326	1280
Чотирихлористий вуглець	1670	1633	1594	1556	1517	1471	1434	1390
Етилацетат	947	924	901	876	851	825	797	768
Етанол, 100%	823	806	789	772	754	735	716	693
Сірковуглець	1323	1293	1263	1233	1200	1165	1125	1082

Додаток Д7 – Номограма для визначення динамічного коефіцієнту в’язкості рідини за різних температур

34 – ацетон, 25 – бензол, 20 – вода, 36 – гексан, 26 ‑ метанол 100%, 24 ‑ метанол 90%, 14 – нітробензол, 27 – толуол, 29 – хлороформ, 21 – чотири хлористий вуглець, 30 – етилацетат, 19 – етанол 100%.

Додаток Д8 – Коефіцієнти теплопровідності деяких рідин

8 – ацетон, 11 – бензол, 16 – вода, 26 – гексан, 3 ‑ метанол 100%, 32 ‑ метанол 40%, 10 – нітробензол, 13 – толуол, 24 – чотири хлористий вуглець, 4 – етанол 100%, 19 – етанол 80%, 21 – етанол 40%.

1 ккал/(мчС) = 1,163 Вт/(мК).

Додаток Д9 – Номограма для визначення динамічного коефіцієнту в’язкості газів за атмосферного тиску

1 – O₂, 2 – NO, 3 – CO₂, 5 – повітря, 6 – N₂, 7 – SO₂, 9 – H₂O, 10 – NH₃,

12 – H₂, 16 – CO.

Додаток Д10 – Номограма для визначення теплоємності деяких рідин

18 – ацетон, 29 – бензол, 36 – вода, 23 ‑ метанол 100%, 28 – толуол, 3 – хлороформ, 2 – чотирихлористий вуглець, 13 – етилацетат, 31 – етанол, 100%.

1 ккал/(кгС) = 4190 Дж/(кгК).

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 44

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
05.05.2019140.8 Кб4Теория и практические задания по ППО 2 семестр.doc
#
10.05.2015489.47 Кб49теория надежности.doc
#
10.05.20156.6 Mб80ТЕОРИЯ СИСТЕМ-ЗАДАЧИ И ПРИМЕРЫ 2005.doc
#
10.05.2015366.81 Кб10Теория.pdf
#
01.07.2025171.62 Кб0теперь точно готовый курсач .docx
#
01.07.2025803.33 Кб0Тепл-Проц-Розрахункови-укр.doc
#
01.03.2025262.05 Кб0Терехин курсовой Лизогуб.docx
#
10.05.2015184.83 Кб28Термины и определения по курсу Экология.doc
#
01.03.2025289.06 Кб1Термины по лекциям Райкова не все.docx
#
10.05.201531.03 Кб113тест 1.docx
#
10.05.201532.36 Кб129тест 2.docx