Расчет и проектирование теплообменного аппарата - Курсовая работа

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВПО «Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б. Н. Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»Для осуществления этой цели приведена сравнительная характеристика двух типов аппаратов: типа «труба в трубе» и кожухотрубчатого теплообменных аппаратов (отличающихся гидродинамическим режимом теплоносителей).Рассчитать и спроектировать теплообменник по следующим данным: Производительность аппарата: 1. По нагреваемой среде: а) Среда - вода; Представить: Пояснительную записку: аннотация, задание, введение, выбор типа и конструкции, краткая характеристика и схема аппарата, материальные и тепловые расчеты, определение конструктивных размеров, заключение, список используемой литературы.В химической промышленности осуществляются разнообразные процессы, в которых исходные материалы в результате химического взаимодействия претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ. К таким процессам относятся нагревание и охлаждение веществ, аппараты в которых этот процесс протекает называется теплообменниками.Теплообмен между телами представляет собой обмен энергией между молекулами, атомами и свободными электронами; в результате теплообмена интенсивность движения частиц более нагретого тела снижается, а менее нагретого - возрастает. В большинстве случаев теплообмена в промышленных установках тепло передается от одной текучей среды к другой через стенку, причем если тепло передается через стенку теплопроводностью, то от горячей среды к стенке и от стенки к нагреваемой среде оно передается конвекцией. Переход тепла от среды к стенке или от стенки к среде называется теплоотдачей. обогрев паром можно производить непосредственно смешивая его с нагреваемой средой (нагрев «острым паром»), также можно использовать нагрев паром через стенку (нагрев «глухим паром») [1]. Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения различных сред с температурой теплообменивающих сред от-30 до 350 ?С (типы ТН и ТК) и от-30 до 450 ?С (типы ТП и ТУ); холодильники - для охлаждения различных жидких или газообразных сред пресной, морской водой или хладагентами с температурой охлаждаемой среды в кожухе от 0 до 300 ?С (типы ХН и ХК) и от 0 до 400 ?С (тип ХП) и температурой охлаждающей среды в трубах от-20 до 60?С; конденсаторы - для конденсации и охлаждения парообразных сред пресной, морской водой или другими хладагентами с температурой конденсируемой среды в кожухе от 0 до 300 ?С (типы КН и КК) и от 0 до 400 ?С (тип КП) и температурой охлаждающей среды в трубах от-20 до 60 ?С; испарители - для нагрева и испарения различных жидких сред с температурой греющей и испаряемой сред от-30 до 350 ?С (типы ИН и ИК) и от-30 до 450 ?С (типы ИП и ИУ); холодильные конденсаторы (тип КТ) - для сжижения хладагента в аммиачных и углеводородных (пропан, пропилен) холодильных установках общепромышленного назначения, работающих в пределах температур конденсируемого хладагента от 0 до 100 ?С, при температуре охлаждающей среды от-20 до 50 ?С; холодильные испарители (тип ИТ) - для охлаждения воды и растворов давлением до 0,6 МПА (6 кгс/см2) в аммиачных и углеводородных (пропан, пропилен) холодильных установках общепромышленного назначения, работающих в пределах температур насыщения от 40 до-40 ?С; жидких технологических сред давлением 1-205 МПА (10-25 кгс/см2) в установках, работающих в пределах насыщения от 40 до-60 ?С.Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (воды 1), индекс «2» - для холодного теплоносителя (воды 2). Предварительно найдем среднюю температуру воды 2: t2 = 0,5 (25 50) = 37,5 С; Расход воды 2 через расход теплоты: кг/с; (3.4) где =4190 Дж/(кг К) и =4609 Дж/(кг К) - удельные теплоемкости воды 1 и воды 2 при их средних температурах =54,5 С и =37,5 С [1, рис. Ориентировочно определим максимальную величину площади поверхности теплообмена: Fmax = = = 11 м2, где Kmin - коэффициент теплопередачи от жидкости к жидкости (вода), Вт/м2·К.Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным течением теплоносителей для этого критерий Рейнольдса возьмем Re = 10000. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для кислоты. Уточняем значение критерия Re2: Критерий Прандтля для воды 2 при t2 = 37,5°C находим по формуле: где ?2 = 0,628 Вт/(м·К)-коэффициент теплопроводности воды 2 [1,рис.Х]. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб. Расчетная площадь поверхности теплообмена: Аппарат с L = 3 м имеет площадь поверхности теплообмена: F1 = ? · d2 · n · L = 3,14 · 0,021 · 13 · 3 = 2,57 м2.В данной работе проведен расчет кожухотрубчатого теплообменника (ГОСТ 15120-79) с трубами 25х2 мм и теплообменника типа “труба в трубе” (ГОСТ 9930-78), изготовленного из труб 89х4 мм (наружная труба) и 57х3,5 мм (внутренняя труба).

Содержание

1. Аннотация

2. Задание

3. Введение

4. Сущность процесса теплопередачи

5. Расчеты

5.1 Общая часть

5.2 Наметим варианты теплообменных аппаратов

5.2.1 Вариант 1. Кожухотрубчатый теплообменник

5.2.2 Вариант 2 Расчет теплообменника «Труба в трубе»

6. Выводы

7. Приложение

8. Используемая литература

1. Аннотация