Сравнительная характеристика аппаратов типа "труба в трубе" и кожухотрубчатого теплообменного аппарата. Сущность и назначение процесса теплопередачи в химической технологии. Процессы теплопередачи, принципы устройства и методы расчета теплообменников.
Аннотация к работе
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).
План
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»