Розробка проекту теплообмінника для нагрівання речовини з гарячим і холодним теплоносіями. Конструктивні габарити водонагрівача. Порівняльний аналіз трубчастих і нетрубчастих теплообмінників. Технологічні параметри матеріалу для деталей конструкції.
Аннотация к работе
Теплообмінник типу "труба в трубі" для нагріву хлороформу гарячою водяною пароюУ хімічній промисловості широкого застосування набули теплові процеси - нагрівання, охолодження рідин і газів, конденсація пари, які проводяться в теплообмінних апаратах(теплообмінниках). Теплообмінниками називають апарати, призначені для передачі тепла від однієї речовини до іншої. Ці апарати мають різноманітне конструктивне оформлення, яке залежить від характеру процесів, що в них проходять, та умов проведення цих процесів. Теплообмінник можуть бути самостійними апаратами, а також складовою частиною апаратури. Всі теплообмінники залежно від способу передачі тепла поділяють на дві групи: 1.В залежності від конструктивного виконання поверхні теплообміну теплообмінники поділяються на трубчасті і нетрубчасті. Вони прості у виготовленні, мають велику надійність у порівнянні з іншими типами теплообмінників при роботі з токсичними продуктами, однак поступаються деяким сучасним нетрубчастим теплообмінним апаратам за такими важливими техніко-економічними параметрами, як маса, що проходить на одиницю поверхні теплообміну, і компактність. Горизонтальні теплообмінники здебільшого багатоходові і забезпечують більшу швидкість середовищ, задіяних в теплообміні, для того, щоб мінімізувати розшарування рідин внаслідок різниці їхніх густин і температур, а також уникнути утворення застійних зон. При великій різниці температур можуть виникати вигини і деформація труб, щоб цього не сталося використовують теплообмінники з компенсаторами температурних видовжень(лінзові, сальникові). Теплообмінники «труба в трубі» використовуються як нагрівачі та реакційні апарати.Згідно завданню в теплообміні беруть участь хлороформ і насичена водяна пара. Хлороформ являє собою безбарвну, прозору, летку, негорючу рідину з характерним солодким запахом. Хлороформ чудово розчиняє багато органічних матеріалів, але внаслідок високої токсичності поступово використання хлороформу замінюється на дихлорометан. Довгий час він був домінуючим інгаляційним анестетикам, а тепер витіснений разом з іншими шкідливими вуглеводнями менш токсичними анестетиками через свою негативну дію на печінку та нирки. Рвотні позови, запаморочення, мігрень, втома - ось перші ознаки впливу хлороформу, далі людину чекають хвороби печінки і нирок, а у вагітних жінок можливі викидні.Оскільки хлороформ є агресивним середовищем то в якості конструктивного матеріалу для основних деталей вибираємо сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, яка працює в агресивних середовищах при температурах до 600ОС і яка є стійкою до хімічної, електрохімічної, атмосферної, кислотної, соленої, поверхневої корозії.Але при виробництві синтетичної продукції, наприклад, віскози в стічні води потрапляють штучні органічні речовини, такі як ізобутанол, диметилацетомид та ін., які біоценози не здатні переробляти в нешкідливі домішки. Стічна вода, що містить органічні домішки, надходить в адсорбційний фільтр 1. Після використання адсорбційної ємності адсорбенту залишки води з адсорбенту скидають за допомогою відповідного трубопроводу в збірник неочищених стічних вод. Після повного заповнення шару адсорбенту, що регенерується хлороформом, розчинник зливається через переливний пристрій у ємкість 12. Звідси хлороформ, що містить вилучені з активованого вугілля сполуки, подається в теплообмінник 11, де підігрівається до температури кипіння, і далі у ректифікаційну колону 4.Розраховуємо температур теплоносіїв на кінцях теплообмінника і середню рушійну силу ?tc. Приймаємо, що теплообмінник виготовлений з труб діаметром 48?4 (внутрішня труба) і 89?5 (кожухова труба) D2,10. Тоді швидкість руху толуолу в трубах повинна бути: Кількість труб, що паралельно працюють (потоків): Критерій Рейнольдса для хлороформу: Режим руху турбулентний. Розрахуемо критерій Нусельта розраховуємо за формулою: Коефіцієнт ?_l, який враховує вплив на коефіцієнт тепловіддачі відношення довжини труби L до її діаметра d приймаємо таким що дорівнює одиниці, оскільки для заданого типу теплообмінників мінімальна довжина труб становить 3 м. і відношення: L / d > 50 Приймемо у першому наближенні: Тоді: Коефіцієнт тепловіддачі у випадку конденсації пари розраховуємо за формулою: Де: ?1 - коефіцієнт теплопровідності плівки конденсату;Регенеративні теплообмінники використовуються рідко, тепло в них рідині подається від попередньо нагрітих твердих тіл (насадки). Передача тепла у теплообмінних апаратах здійснюється від середовища, що має більш високу температуру, до середовища з нижчою температурою.