Теплообменник для охлаждения кубового остатка после ректификации смеси бензол-толуол - Курсовая работа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Учреждение высшего профессионального образования Курсовой проект: Теплообменник для охлаждения кубового остатка после ректификации смеси бензол-толуолРассчитать и спроектировать теплообменник для охлаждения кубового остатка после ректификации смеси бензол-толуол. Смесь поступает на ректификацию в количестве 15 тонн в час.Так как теплоемкость зависит от температуры, то различают истинную теплоемкость при данной температуре с и среднюю теплоемкость в некотором интервале температур ? = (1.1) где Q - количество тепла, сообщаемого единице количества вещества при изменении температуры от t1 до t2. Удельная энтальпия i (если все расчеты вести от 0 0С) определяется количеством тепла, которое необходимо для нагревания 1 кг вещества от 0 0С до данной температуры, энтальпия i измеряется в Дж/кг, в технической системе ккал/кг. Удельная теплота фазовых или химических превращений r - это количество тепла, которое выделяется (или поглощается) при изменении агрегатного состояния или химическом превращении единицы массы вещества. Если в процессе теплообмена не происходит добавочного выделения или поглощения теплоты в результате фазовых или химических превращений и нет тепловых потерь в окружающую среду, то количество тепла, переходящего от первой среды ко второй в единицу времени - тепловой поток, или тепловая нагрузка, - равно: Q = G1c1(t1н - t1н) = G2c2(t2н - t2к) (1.3) Тепловой баланс составляется исходя из того, что количество тепла Q1, поступающего в аппарат за 1 час с входящими средами, равно количеству тепла, уходящего со средами из аппарата за то же время, Q1 = G1i1н G2i2н = G1i1к G2i2к (1.5) где i1н, i1н, i1к и i1к - энтальпии веществ, соответственно входящих в аппарат и выходящих из него.Под теплопроводностью понимают переход тепловой энергии в среде без массовых ее движений относительно направления теплоперехода. Эта энергия переходит к соседним атомам и молекулам в направлении ее уменьшения, то есть уменьшения температуры. Передача тепла теплопроводностью описывается законом Фурье, согласно которому количество тепла DQ, проходящее за время d? через поверхность DF, нормальную к направлению теплоперехода, равно: DQ? =-? DFD?, (1.8) где - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплопроводности или теплопроводностью; - градиент температуры, т.е. изменение температуры на единицу длины в направлении теплопередачи. Коэффициент теплопроводности определяет скорость передачи тепла, т.е. количество тепла, проходящего в единицу времени через единицу поверхности тела при длине его в направлении теплопередачи, равной единице и разности температур 1 градус.Переход тепла от среды к стенке или от стенки к среде называется теплоотдачей. Среда, имеющая турбулентный характер движения и температуру t1 в основном ядре потока, протекая вдоль стенки с температурой тст передает ей свое тепло. У стенки всегда существует тонкий пограничный слой, где имеет место ламинарное течение. Величина ? зависит от следующих основных факторов: физических свойств текучей среды: теплопроводности, теплоемкости, вязкости, плотности гидравлических условий омывания жидкостью или газом тепловоспринимающей (или теплоотдающей) поверхности: скорости и направления текучей среды относительно этой поверхности пространственных условий, ограничивающих поток: диаметр, длина, форма и шероховатость поверхности. Безразмерные комплексы имеют наименования: - критерий Нуссельта, включающий в себя искомую величину коэффициента теплоотдачи ? (Нуссельт впервые применил теорию подобия для решения вопросов теплообмена);Трубки заключены в цилиндрический кожух, приваренный к трубным доскам или соединенный с ними фланцами. В целях предупреждения смешения сред трубки закрепляются в решетах чаще всего развальцовкой, сваркой или реже для предупреждения термических напряжений с помощью сальников. Выбор, какую среду направить в межтрубное пространство и какую внутрь трубок, решается сопоставлением ряда условий:-среду с наименьшим значением следует направлять в трубки для увеличения скорости ее движения, а следовательно, и для увеличения ее коэффициента теплоотдачи; -среду под высоким давлением целесообразно направлять в трубки, опасность разрыва которых меньше по сравнению с кожухом; -среду с очень высокой или наоборот с низкой температурой лучше подавать в трубки для уменьшения потерь тепла в окружающую среду.Достоинства такого обогрева следующие:-Пар обладает большим теплосодержанием, обусловленным теплотой конденсации. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара имеет большую величину. Различают два механизма конденсации пара на тепловоспринимающей стенке: пленочный на смачиваемой поверхности и капельный на не смачиваемой конденсатом стенки. При ламинарном режиме коэффициент теплоотдачи можно определить через утолщающуюся пленку конденсата, стекающего под действием силы тяжести, тепло предается теплопроводностью. При конденсации пара на поверхности вертикальных труб ? = 0,94 вт/(м2 ? град), (1.

Содержание

Задание к работе

1. Теоретическая часть

1.1 Тепловые балансы

1.2 Передача тепла теплопроводностью

1.3 Передача тепла конвекцией

1.4 Типы теплообменников

1.4.1 Кожухотрубные теплообменники

1.4.2 Теплообменники типа «труба в трубе»

1.5 Теплоотдача от конденсирующегося пара

2. Материальные и тепловые расчеты

2.1 Общая часть

2.2 Выбор теплообменных аппаратов

3. Гидравлический расчет

4. Экономический расчет

Заключение

Литература

4.1

1. Задание к работе