1 сем / ДЗ 3 вариант12

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«МИРЭА – Российский технологический университет»

РТУ МИРЭА

Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

(наименование Института)

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

(наименование кафедры)

Домашнее задание по теплообмену

Вариант 12

Работу выполнила

Студентка группы ХББО-02-16

Иванова Елена Анатольевна

Руководитель работы

Вязьмин Андрей Валентинович

Москва 2018

Дано:

Вещество – метанол

G=1,4 кг/с

t'_нач =19°С

t’'_кон =41°С

Найти:

1. Расход охлаждающей воды

2. Поверхность теплообмена F и подобрать по каталогу теплообменник

Решение:

Для решения понадобятся справочные данные:

Для метанола: T_кип=64,6°С

Ρ_MeOH=733,6 кг/м³

μ_MeOH=0,1094*10^-4 Па*с

λ_MeOH=0,197 Вт/(м*К)

c_MeOH=2790 Дж/(кг*К)

r_кип=1100*10³ Дж/кг

Для воды необходимо посчитать значения ρ, μ, λ и с при средней температуре. Для нахождения данной температуры воспользуемся следующими формулами:

1. Средняя разность температур в теплообменнике:

2. Средняя температура воды в теплообменнике:

(Пример расчета взят из [1], стр. 193)

Тогда для воды: ρ_воды=995,4 кг/м³

μ_воды=0,77*10^-3 Па*с

λ_воды=0,6171 Вт/(м*К)

c_воды=4181 Дж/(кг*К)

Количество выделяемого паром тепла:

Тогда расход охлаждающей воды рассчитывается по формуле:

Для расчета приблизительного значения площади поверхности теплообмена воспользуемся следующей формулой, приняв коэффициент теплопередачи К равным 1000 Вт/(м²*К):

По каталогу [2] определяем ближайшее значение (в большую сторону) площади поверхности теплообмена для двухходового конденсатора и определяем параметры конденсатора:

F_табл=55,81 м²

Аппарат: вертикальный конденсатор типа Н (КНВ)

Диаметры кожуха:

D_внеш=630 мм

D_внут=600 мм

Трубы: 25х2 мм

Длина труб l=3000 мм

Материал труб: сталь 20 (М1)

Минимальное число труб: N=237

Площадь проходного сечения по трубам (с учетом двух ходов): S_тр=0,0754 м²

Скорость потока в трубах:

Масса аппарата: m=1760 кг

Далее необходимо произвести проверочный расчет с целью подтверждения выбранного конденсатора.

1. Рассчитаем критерии Рейнольдса, Прандтля и Нуссельта для воды:

1. 

где w – скорость потока в трубах; d_внут – внутренний диаметр труб (25-2*2=21 мм); ρ_воды – плотность воды; μ_воды – динамическая вязкость воды.

2. Критерий Прандтля рассчитывается по следующей формуле:

3. Т.к. полученное значение числа Рейнольдса больше 10³, то для расчета критерия Нуссельта воспользуемся формулой:

2. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для воды α₁ (и обратную ей величину):

3. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для метанола α₂ (и обратную ей величину) при вертикальном расположении труб:

4. Рассчитаем коэффициент сопротивления стенки, сделанной из стали (не учитывая сопротивление загрязнений). Коэффициент теплопроводности стали λ=85 Вт/(м*К)

5. Рассчитаем новое значение коэффициента теплопередачи и площадь поверхности теплообмена:

Ближайшее значение табличное значение для двухходового конденсатора не изменилось, так как минимальное значение для данного аппарата составляет взятые нами F=55,81 м². Следовательно, данный конденсатор нам подходит.

Список 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. М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004. – 576с.

2. Головачев В.Л., Родионов В.И., Толова Л.П., Демина Е.К., Пшендина О.О., Ушачева Т.В. под общей редакцией Ермолаева В.Н. Каталог аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. М.: ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ», 2003. – 72с.

3. Савельев Н.И., Лукин П.М. Расчет и проектирование кожухотрубчатых теплообменных аппаратов: Учебное пособие. Чебоксары: ЧГУ им. Ульянова, 2010. – 80с.