Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Очистка межтрубного пространства. Расчет нормализованного теплообменного аппарата. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды.
Аннотация к работе
Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе применяются в тех случаях, когда нет необходимости в механической очистке межтрубного пространства (очистка от осадка возможна только для трубного пространства). Поэтому в трубное пространство подают ту жидкость (воду или водные растворы), которая при нагревании или выпаривании может выделять нерастворимый осадок на стенках труб, а в межтрубное пространство подают чистую жидкость или конденсирующийся пар. В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая - в межтрубном пространстве. В данной работе используется аппарат - кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого конденсируются пары органической жидкости, а в трубном пространстве циркулирует жидкий теплоноситель (вода). Цели и задачи работы: Рассчитать необходимую поверхность кожухотрубчатого теплообменника, в межтрубном пространстве которого при атмосферном давлении конденсируются пары органической жидкости в количестве G кг/час.
Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе применяются в тех случаях, когда нет необходимости в механической очистке межтрубного пространства (очистка от осадка возможна только для трубного пространства). Поэтому в трубное пространство подают ту жидкость (воду или водные растворы), которая при нагревании или выпаривании может выделять нерастворимый осадок на стенках труб, а в межтрубное пространство подают чистую жидкость или конденсирующийся пар.
В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая - в межтрубном пространстве.
Среды обычно направляются противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, - в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении.
В данной работе используется аппарат - кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого конденсируются пары органической жидкости, а в трубном пространстве циркулирует жидкий теплоноситель (вода).
Цели и задачи работы: Рассчитать необходимую поверхность кожухотрубчатого теплообменника, в межтрубном пространстве которого при атмосферном давлении конденсируются пары органической жидкости в количестве G кг/час. Тепло конденсата отводится водой, имеющей начальную температуру тн.
Подобрать нормализованный теплообменный аппарат.
Дано: Аппарат - кожухотрубчатый теплообменник;
Органическая жидкость - сероуглерод;
G = 15000 кг/ч;
P = 1,03·10 Па;
тн = 17 °С.
Расчет нормализованного теплообменного аппарата
Примем конечную температуру охлаждающей воды, равной 40 °С.
Выпишем основные физико-химические параметры теплоносителей при давлении P = 1,013·10 Па: тконд = 46,3 С - температура конденсации сероуглерода;
Предварительный расчет: 1). Тепловые потери направлены на добавочное охлаждение конденсирующегося сероуглерода, поэтому нет необходимости в теплоизоляции аппарата. Примем потери тепла в окружающую среду, равными 4% от общей тепловой нагрузки на аппарат Q: Qпот.=0,04·Q;
Тогда тепловая нагрузка аппарата (количество тепла, которое определяет поверхность теплообмена, и которое необходимо отводить при помощи воды): Q=G·rконд.- Qпот= ;
2). Расход охлаждающей воды определим из уравнения теплового баланса.
, где: G= кг/с;
СВ=4,185·103 Дж/(кг·К) - теплоемкость воды;
Тн=17 273=290 К; Тк=40 273=313 К. кг/с;
3). Поскольку расчет теплообменного аппарата - предварительный, то коэффициент теплопередачи можно принять, например, равным 500 (из допустимого интервала 300 800, при теплопередаче от конденсирующегося пара орг. жидкостей к воде, при вынужденном движении), тогда ориентировочное значение поверхности теплообмена будет равно: м2;
Принимая число Рейнольдса равным 15000 (что соответствует развитому турбулентному режиму течения), определим отношение числа труб к числу ходов n/z для конденсатора из труб 25 2 мм
.
4). Поверочный расчет теплообменного аппарата
По справочной таблице (согласно ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79) выбираем кожухотрубчатый испаритель, с поверхностью теплообмена и отношением n/z, близкими к рассчитанным предварительно.
Таким теплообменным аппаратом будет являться конденсатор с площадью теплообмена, равной 190 м2, и отношением n/z=404/4=101. Длина труб составляет 6 м, число ходов - 4, число труб - 404 шт, диаметр кожуха D=0,8 м.
Найдем действительное число Рейнольдса:
Рассчитаем точное значение коэффициента теплопередачи. Для этого необходимо знать коэффициенты теплоотдачи со стороны пара сероуглерода, и со стороны охлаждающей воды, а также значения термических сопротивлений стенки трубы и загрязнений ее поверхности. Рассчитаем указанные величины: ;
Коэффициент теплоотдачи со стороны воды: , где можно принять , поскольку нагревается вода в трубах;
Pr= - критерий Прандтля;
d=2,1·10-2 м;
Тогда: .
Для расчета коэффициента теплоотдачи пара, конденсирующегося на пучке горизонтальных труб в конденсаторе, воспользуемся следующей расчетной формулой: , где
В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет: Такой запас достаточен.
Список литературы
Для данного процесса (конденсации) подошел кожухотрубчатый конденсатор с диаметром кожуха D = 800 мм, диаметром труб d = 25x2 мм, Числом ходов z = 4, общим числом труб n = 404 шт., поверхностью теплообмена F = 190 при длине труб Н = 6,0 м. Запас поверхности теплообмена достаточен и составляет .
Расход охлаждающей воды = 14,52 кг/с. Масса конденсатора - не более 5360 кг.
Список использованной литературы: 1). Касаткин А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии». М. Химия. 1971г.
2). Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л. Химия. 1981г.
3). Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. «Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию». М. Химия. 1991г.