Расчет нагрева органических жидкостей в стандартных кожухотрубных теплообменных аппаратах с трубами - Курсовая работа

Для подачи органической жидкости в реактор или колонну через теплообменник необходимо рассчитать гидравлические сопротивления, создаваемые в трубопроводе жидкостью и выбрать центробежный насос. Теплообменные аппараты (теплообменники) применяются для осуществления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или охлаждения одного из них. В химической промышленности наибольшее распространение получили поверхностные теплообменники, отличающиеся разнообразием конструкций, основную группу которых представляют трубчатые теплообменники, такие как: кожухотрубные, оросительные, погруженные и "труба в трубе". Пучок труб расположен внутри общего кожуха, причем один из теплоносителей движется по трубам, а другой - в пространстве между кожухом и трубами. Кожухотрубные теплообменники появились в начале ХХ века в связи с потребностями тепловых станций в теплообменниках с большой поверхностью, таких, как конденсаторы и подогреватели воды, работающие при относительно высоком давлении.Обозначим горячий теплоноситель - водяной пар индексом «1», холодный теплоноситель - толуол индексом «2». Примем, что водяной пар движется в межтрубном пространстве, а толуол по трубам. Найдем объемный расход водяного пара: V1 = G1/?1, м /с где ?1 - плотность водяного пара при t1 = 147 0С и Р = 0,44 МПА, кг/м3. Примем, что пучки труб расположены в шахматном порядке, тогда расчет можно вести по формуле 4.31: Nu1 = 0,4*??*Re1 0,6*Pr1 0,36*( Pr1/ Prct1)0,25, где ?? - коэффициент, учитывающий влияние угла атаки пучка труб водяным паром, ?? определяется по таблице 4.5 [1], с.157. Коэффициент Прандтля для водяного пара рассчитывается по формуле: Pr1 = С1 ?1/ ?1 , где ?1 - коэффициент теплопроводности водяного пара при t1 = 147 0С и Р = 0,44 МПА, Вт/м*К [1], с.530, таблица XXX;Внутренняя задача гидродинамики, к которой относится движение жидкости внутри трубопроводов, описывается системой уравнений Навье-Стокса [1, c.55]. Для упрощения этой задачи используют теорию подобия, методы которой позволяют заменить систему уравнений Навье-Стокса обобщенным критериальным уравнением гидродинамики: Eu = f(Re, Fr, Ho, Г), (1) где Eu - критерий Эйлера; Критерий Эйлера определяется уравнением: Eu = ?P/(?*W2), (2) где ?Р - перепад давлений, Па; Критерий Рейнольдса определяется уравнением: Re = W*l ?/?, (3) где I - характерный размер, м (для внутренней задачи гидродинамики в качестве характерного размера берут внутренний диаметр трубопровода, т.е. l = dэ ); Критерий гомохромности определяется уравнением: Но = W*?/l, (5) где ? - время,с.Для того чтобы определить объемную скорость движения толуола на участках 1 и 3, требуется сначала рассчитать плотность толуола на этих участках.По таблице [2, с.17] выбираем скорость движения в напорном трубопроводе w = 2 м/с.Промышленность выпускает гостированный сортамент труб, среди которых необходимо выбрать трубы с диаметром, наиболее близким к расчетному (пункт 3.4.). Обозначаются трубы dн х ?, где dн - наружный диаметр трубы, мм; ? - толщина стенки трубы, мм. Гостированные размеры труб по ГОСТ 8732-78 составляют следующий ряд, мм: 14х2; 18х2; 25х2; 32х2,5; 38х2,5; 45х3; 57х3; 76х3,5; 89х4,5; 108х4,5; 133х4; 159х4,5; 219х6; 272х7; 325х8; 377х10; 426х11; 465х13.Выразим скорость движения жидкости: w1 = 4* V1/(?* dэ2) = 4*0,002857/(3,14*(0,051)2) = 1,40 м/с. w3 = 4* V3/(?* dэ2) = 4*0,003222/(3,14*(0,051)2) = 1,58 м/с.Режим движения жидкости определяется числом Рейнольдса.Примем среднее значение шероховатости l = 0,2 мм, тогда относительная шероховатость составит ? = l/ dэ = 0,2/51 = 0,003922. Сравнение показывает, что 23/? <Re1 = 92192 <220*?-1,125, следовательно, область движения на участке 1 промежуточная, и коэффициент гидравлического сопротивления трения ? рассчитывается по общей формуле Для участка 3 выполняется неравенство Re3 = 250657 > 220*?-1,125, следовательно область движения автомодельная, и коэффициент гидравлического сопротивления трения ? определяется в основном шероховатостью трубы: 1/ ?0,5 = 2*lg(3,7/?)С учетом того, что [2, с.520] коэффициенты местных сопротивлений следующие: - расхождение потока ?расх = 20,5; вход в трубу из хранилища ?вх = 0,5 выход из трубы в аппарат ?вых = 1;Тогда потери напора на 1 участке при l = 11 мБудем считать, что характеристика сети представляет собой правильную параболу, выходящую из точки с координатами Vc = 0; h на которой известна точка с координатами Vc = 10,90 м3/ч и hсети = 30,98 м. Найдем коэффициент параболы. Возьмем несколько значений объемной производительности и определим напор hсети.При выборе насоса необходимо соблюдать следующие условия: - напор при нулевой производительности должен быть больше, чем геометрическая высота подъема жидкости в сети; рабочая точка должна лежать в области максимальных к.п.д.;К установке предлагается центробежный насос АХ 20/53 (2АХ-4) с диаметром ротора 172 мм, который обеспечит перекачивание 10,9 м3/ч толуола, нагретого до 10 0С, по трубопроводу из хранилища в теплообменник.

Оглавление

Введение

1. Расчет стандартного кожухотрубного аппарата для процесса нагрева толуола влажным насыщенным водяным паром

2. Расчет гидравлических сопротивлений в трубопроводе и выбор центробежного насоса

2.1 Перевод массового расхода жидкости к объемному

2.2 Определение ориентировочного диаметра трубопровода

2.3 Выбор стандартного диаметра трубопровода

2.4 Уточнение скорости движения жидкости

2.5 Определение режима движения жидкости

2.6 Определение коэффициента гидравлического сопротивления

2.7 Нахождение коэффициентов местных сопротивлений

2.8 Определение полной потери напора в трубопроводе

3. Построение характеристики трубопроводной сети

4. Выбор насоса

Вывод

Список литературы