Процессы и аппараты химической технологии icon

Процессы и аппараты химической технологии


4 чел. помогло.
Смотрите также:
Рабочая программа дисциплины «процессы и аппараты химической технологии» для специальности 17...
Рабочая программа дисциплины «процессы и аппараты химической технологии» для специальности 17...
Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии...
Программа учебной дисциплины «процессы и аппараты химической технологии» Направление подготовки...
Рабочая программа по дисциплине "Основные процессы и аппараты химической технологии" для...
Рабочая программа дисциплины «Специальное оборудование» для специальности 240801 «Машины и...
Образовательный стандарт специальность: 170500 [240801] «Машины и аппараты химических...
Образовательный стандарт специальность: 170500 «Машины и аппараты химических производств»...
Образовательная программа 240802 «Основные процессы химических производств и химическая...
Программа курса «Процессы и аппараты химической технологии»...
Лекция Автор Титов А. А. Предмет и задачи курса «Процессы и аппараты химической технологии»...
Образовательная программа: Специальность: 170500 Машины и аппараты химических производств...



Загрузка...
страницы: 1   2   3   4   5   6
вернуться в начало
скачать
Концентрация поглощаемого вещества на выходе из аппарата (проскоковую) принять начальной 5% от начальной.


Контрольные вопросы.


  1. Схема фильтр-пресса, принцип его работы, область применения.

  2. Схема действия барабанного вакуум-фильтра с наружной поверхностью фильтрования.

  3. Ленточный вакуум-фильтр, принцип его работы.

  4. Порядок расчета фильтрующей центрифуги непрерывного действия.

  5. Гидроциклоны, принцип их работы и область применения.

  6. Схема батарейного циклона и принцип его работы.

  7. Физические основы электрической очистки газов.

  8. Критериальные уравнения для определения мощности на перемешивание в жидкой фазе механическими мешалками.

  9. Турбинные мешалки для перемешивания в жидких средах. Область их применения.

  10. Пневматическое перемешивание. Область применения, устройство, оценка качества перемешивания.

  11. Осаждение шарообразных частиц в поле действия сил тяжести. Расчет скорости осаждения. Зоны осаждения и коэффициент сопротивления. Метод определения скорости осаждения по Лященко.

  12. Осаждение шарообразных части в центробежном поле. Циклонный пресс. Методика расчета циклона.

  13. Мокрая очистка газов. Классификация аппаратов для мокрой очистки газов.

  14. Электрическая очистка газов. Область применения, способы очистки. Устройство электрофильтров.



  15. Классификация жидких неоднородных систем. Способы разделения. Материальный баланс процессов разделения.

  16. Конструкция отстойников (с наклонными полками, конусный отстойник, с коническими тарелками, со скребками).

  17. Центрифугирование. Центробежная сила. Классификация центрифуг. Индекс производительности центрифуг.

  18. Дифференциальное уравнение фильтрования. Преобразование этого уравнения для режима работы с постоянным перепадом давления и режима постоянной скорости фильтрования.

  19. Расчет производительности отстойных и фильтрующих центрифуг.

  20. Дифференциальное уравнение теплопроводности в неподвижной среде.

  21. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенок.

  22. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа.

  23. Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена.

  24. Критерии теплового подобия и их физический смысл.

  25. Критериальное уравнение теплоотдачи для круглой трубы при установившемся турбулентном режиме (без изменения агрегатного состояния теплоносителя).

  26. Формула для определения коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности.

  27. Теплоотдача при кипении жидкости.

  28. Формула коэффициента теплопередачи для плоской одно- и многослойной стенок.

  29. Привести формулы для определения движущей силы процесса теплопередачи для различных направлений движения теплоносителя.

  30. Уравнение теплового баланса теплообменного аппарата.

  31. Нагревание острым паром. Расход пара на нагревание.

  32. Высокотемпературные теплоносители, применяемые в химической промышленности.

  33. Вывод уравнения средней движущей силы для прямотока при переменных температурах теплоносителей.

  34. Методика расчета поверхностного конденсатора.

  35. Способы крепления тонких труб в трубных решетках теплообменников.

  36. Спиральные теплообменники, их достоинства и недостатки.

  37. Нагревание электрическим током. Способы нагревания.

  38. Кожухотрубчатые теплообменники с плавающей головкой и область их применения.

  39. Нагревание дымовыми газами.

  40. Принцип работы вертикального выпарного аппарата с центральной и выносной циркуляционными трубами.

  41. Материальный и тепловой балансы однокорпусной выпарной установки.

  42. Схема и принцип работы прямоточного (пленочного) выпарного аппарата. Сепарационные устройства.

  43. Материальный баланс многокорпусной выпарной установки. Предварительное распределение количества

  44. Тепловой баланс многокорпусной выпарной установки. Определение расхода греющего пара для любого (кроме первого) корпуса установки.

  45. Коэффициенты испарения и самоиспарения в многокорпусной выпарной установке. Предел числа корпусов.

  46. Температурные потери в многокорпусной выпарной установке. Способы их определения.

  47. Общая и полезная разность температур многокорпусной выпарной установки.

  48. Способы распределения полезной разности температур по корпусам выпарной установки.

  49. Определение расхода греющего пара для первого корпуса многокорпусной выпарной установки.

  50. Способы выражения состава фаз двухкомпонентных систем.

  51. Материальный баланс массообменных процессов.

  52. Первый закон Фика. Коэффициент молекулярной диффузии.

  53. Физический смысл коэффициентов массопередачи и массоотдачи.

  54. Критерии диффузного подобия. Их физический смысл.

  55. Движущая сила массообменных процессов. Способы выражения.

  56. Выведите уравнение аддитивности фазовых сопротивлений.

  57. Для каких систем справедлив закон Генри?

  58. Материальный баланс, понятие рабочей линии процесса абсорбции.

  59. Минимальный и оптимальный расходы абсорбента.

  60. Особенности гидродинамических режимов работы насадочных колонн.

  61. Особенности гидродинамических режимов тарельчатых абсорберов.

  62. Принцип ректификации. Схема ректификационной колонны с указанием потоков жидкости и пара.

  63. Законы Коновалова и Вревского.

  64. Схема установки непрерывной ректификации бинарной смеси.

  65. Допущения, принимаемые при анализе работы ректификационной колонны.

  66. Материальный баланс ректификационной колонны.

  67. Вывод уравнений рабочих линий для укрепляющей и исчерпывающей частей ректификационной колонны.

  68. Минимальное и рабочее флегмовые числа.

  69. Способы определения оптимального числа флегмы.

  70. Определение расхода греющего пара для проведения процесса ректификации.

  71. Тепловой баланс ректификационной колонны.

  72. Как влияет флегмовое число на высоту ректификационной колонны и расход греющего пара.

  73. Особенности экстрактивной и азеотропной ректификации.

  74. Схемы проведения жидкостной экстракции, области применения.

  75. Законы распределения в процессе экстракции, его ограничения. Изотермы экстракции.

  76. Трехугольная диаграмма Гиббса. Определение состава и количества фаз с помощью диаграммы в процессе экстракции.

  77. Выбор растворителя (экстрагента).

  78. Способы проведения жидкостной экстракции.

  79. Кинетика жидкостной экстракции, лимитирующие стадии процесса.

  80. Конвективная сушка. Схема Установки. Другие способы сушки.

  81. Основные параметры влажного воздуха. Их взаимосвязь и определение по I-X диаграмме Рамзина.

  82. Понятие “температура точки росы” и “температура мокрого термометра” и определение их по I-X диаграмме влажного воздуха.

  83. Изображение на I-X диаграмме процессов нагревания, охлаждения, конденсации, смешивания влажного воздуха и процесса адиабатической сушки.

  84. Изображение на I-X диаграмме Рамзина процесса сушки с частичной рециркуляции воздуха.

  85. Уравнение материального баланса процесса сушки.

  86. Уравнение теплового баланса воздушной конвективной сушилки. Внутренний баланс сушильной камеры.

  87. Изображение процессов сушки на диаграмме I-X при Δ > 0.

  88. Изображение процессов сушки на диаграмме I-X при Δ < 0.

  89. Форма связи влаги с материалом в процессе сушки.

  90. Кривая сушки влажного материала. Периоды сушки.

  91. Кривая скорости сушки. Потенциал сушки.

  92. Интенсивность испарения влаги для различных периодов сушки.

  93. Продолжительность сушки для различных периодов сушки.

  94. Конструкции камерных конвективных сушилок.

  95. Конструкции ленточных и петлевых конвективных сушилок.

  96. Конструкции барабанных сушилок.

  97. Сушилки с кипящим “слоем”.

  98. Пневматические сушилки.

  99. Процесс адсорбции, его суть и применение.

  100. Виды промышленных адсорбентов и их характеристика.

  101. Статическая и динамическая активность адсорбента.

  102. Равновесная характеристика процесса адсорбции. Уравнения изотерм адсорбции.

  103. Понятие “сорбционной волны” или “фронта сорбции”.

  104. Понятие “время защитного действия адсорбента”. Уравнение Шилова.

  105. Массопередача при адсорбции.

  106. Стадии работы адсорбента периодического действия.

  107. Схема и описание работы адсорбера с неподвижным слоем адсорбента.

  108. Схема и описание работы адсорбера с движущимся слоем адсорбента.

  109. Схема и описание работы адсорбера с “кипящим” слоем адсорбента.


Приложение 1


Плотность растворов, ρ,


Раствор, и его концентрация, % масс

Температура раствора, C°

0

10

20

30

40

50

60



2

10

20

30

40



2

10

20

30

40



2

10

20

30

40

50


1014,4


1152,6

1238,0

1331,6


1017,1

1088,6

1185,3

1292,2

1008,8

1044,8

1090,5

1137,1

1186,2

1238,0


1016,6

1086,6

1181,5

1286,9

1008,2

1042,7

1087,0

1132,7

1181,0

1232,0


1011,7


1112,9

1225,6

1317,5


1014,8

1083,5

1177,5

1281,6

1395,7


1006,4

1039,7

1082,8

1127,7

1175,4

1225,8


1012,0 1080,0 1173,0 1276,4 1389,5


1003,6 1036,0 1078,3 1122,6 1169,7 1219,9


1005,0


1131,1 1212,2 1302,7


1008,4 1076,0 1168,4 1270,9 1382,6


1000,0 1031,9 1073,4 1117,1 1164,0 1213,6


1004,3 1071,5

1163,3 1263,4 1376,2


995,8 1027,2 1068,2 1111.3 1157,9 1207,2


1118,7 1198,0 1287,5


999, 1060,4 1158,1 1259,7 1370,0


990,8 1022,1 1062,7 1105,5 1151,5 1200,6



Коэффициент теплопроводности растворов, λ Вт/м*град

Раствор, и его концентрация, % масс

Температура раствора, C°

0

20

30

40

60



10

20

30

40



15

25

30



10

20

30

40

50

60

В интервале от 20 до 50 °C





0,5893

0,5288

0,5642

0,5645








0,5046

0,4733

0,4106 0,3573 0,3039 0,2598 0,2123



0,5382 0,5581


0,5139 0,456

0,3944

0,32

0,2897 0,2390


0,6821


0,6415



0,6207

0,5463

0,4907

0,4257

0,3793

0,319

0,2668



0,6032

0,5660

0,5104

0,5104/

0,39441

0,3410|

0,2877



Динамическая вязкость растворов, μ* но/м

Раствор, и его концен-трация, % масс

Температура раствора, C°

0

20

30

40

50

60



5

10

20

30



5

10

20

30

35



5

10

20

30

50



1,92

2,17

3,14

5,8

8,9


1,64

1,58

1,49

1,51


1,04

1,09

1,26

1,61


1,1

1,27

1,85

3,6

5,1


0,97

0,96

0,97

1,0

1,33


2,25

0,79

0,79

0,79

0,84

1,14


0,68

0,72

0,85

1,07

1,85

0,66

0,66

0,68

0,73

0,99


1,55

0,55

0,57

0,64

0,64


0,51

0,54

0,62

0,79


0,48

0,50

0,53

0,57



Теплоемкость растворов, С, кДж / кг*град

Раствор, и его концентрация, % масс

Температура раствора, C°

0

20

40

60



2

10

20

30

40



2

10

20

30

40



10

20

30

40

50

В интервале от 20 до 50 °C

3,61

3,84

3,98

4,08

4,2

В интервале от 20 до 50 °C

3,16

3,56

3,84

4,00

4,12

3,8393 3,5377 3,2657 3,0354 2,8052

3,8728

3,5588

3,3076

3.0524

2,8261

3,8728

3,3606

3,3494

3,0982

2,8470

3,9146

3,6425

3,3787

3,1401

2,867Г


При отсутствии необходимых данных в нужном интервале температур и концентрации необходимо интерполировать и экстраполировать данные из приложения I.

Приложение 2

Равновесные составы жидкости х и пара у (% мол) бинарных смесей при 760 мм.рт.ст. в зависимости от температуры кипения t (°C)

Смесь

Бензол - толуол

Вода - уксусная кислота

Метанол - вода

x

y

t

y

t

y

t

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

21,4

38

51,1

61,9

71,2

79

85,4

91

95,9

100

110,6

106,1

102,2

98,6

95,2

92,1

89,4

86,8

84,4

82,3

80,2

0

16,7

30,3

42,5

53

62,6

71,6

79,5

84,6

93

100

118,1

113,8

110,1

107,5

105,8

104,4

103,3

102,1

101,3

100,6

100

0

41,8

57,9

66,5

72,9

77,9

82,5

87

91,5

95,8

100

100

87,7

81,7

78

75,3

73,1

71,2

69,3

67,5

66

64,5

Смесь

Сероуглерод – четырёххлористый - углерод

Четыреххлористый углерод - толуол

Этанол - вода

x

y

t

y

t

y

t

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

24

42,3

54,4

64,5

72,6

79,1

84,8

90,1

95

100

76,7

71

66

62,3

59

56,1

53,7

.51,6

49,6

47,9

49,3

0

25,0

39,5

53,5

64,5

72,0

80,6

86,3

93

97,5

100

110,6

106

101,0

96,0

92,3

90,0

86,5

83,7

81,2

78,0

76,7

0

44,2

53,1

57,6

61,3

65,4

69,9

75,3

81,8

89,8

100

100

86,5

83,2

81,7

80,8

80,0

79.4

79,0

78,6

78,4

78,4

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.


^ Классификация теплообменников.

Аппараты, в которых происходит процесс теплообмена, называются теплообменниками. Теплообменники характеризуются разнообразием конструкций в зависимости от различного назначения аппаратов и условий проведения процессов.

По принципу действия теплообменники делятся на

  1. рекуперативные

  2. смесительные

  3. регенеративные

В рекуперативных теплообменниках теплоносители разделены стенкой, и теплота передаётся от одного теплоносителя к другому через разделяющую стенку.

В смесительных теплообменниках передача теплоты происходит при непосредственном смешении (градирни, скрубберы, конденсаторы смешения и т. д.).

В регенеративных теплообменниках имеется теплообменная поверхность, которая омывается попеременно горячим и холодным теплоносителями. При омывании горячим теплоносителем поверхность нагревается, теплоноситель сливают, затем подаётся холодный теплоноситель, который воспринимает тепло от нагретой поверхности.

Рекуперативные теплообменники разделяются на кожухотрубчатые, типа “ труба в трубе”, змеевиковые, спиральные, оросительные, аппараты с рубашками.

Наиболее широко в пищевых производствах используются кожухотрубчатые теплообменники.


^ Устройство кожухотрубчатого теплообменника.




1 - цилиндрический корпус;

2 – трубки;

3 – крышка;

4 – днище;

5,6 – верхняя и нижняя трубные плиты (трубные решетки);

7,8 – штуцеры для входа и выхода теплоносителя I;

9,10 – штуцеры для входа и выхода теплоносителя II.


Рис. 1. Принципиальная схема одноходового

кожухотрубчатого теплообменника (типа ТН).


В кожухотрубчатом теплообменнике теплоноситель I циркулирует в межтрубном пространстве, ограниченном кожухом, трубками и трубными плитами.

Теплоноситель II циркулирует по трубкам (трубное пространство).

Важным моментом в использовании теплообменника является выбор, какой теплоноситель, в какое пространство направить. В системе пар-жидкость в межтрубное пространство обычно направляется пар, где он конденсируется. В трубное пространство направляется жидкость для увеличения скорости движения жидкости.

Учитывая выше сказанное, в контрольной работе по теме 2 задачи 11-20, теплоноситель I – пар, II – жидкость. Теплообмен между теплоносителями осуществляется через стенки труб.


^ Конструкции кожухотрубчатых теплообменников.


С целью увеличения интенсификации теплообмена в кожухотрубчатых теплообменниках пучок труб разделяют на несколько секций (ходов), по которым теплоноситель проходит последовательно. Разделение труб на ряд ходов достигается с помощью перегородок в крышке и днище.

По числу ходов кожухотрубчатые теплообменники делятся на одно и многоходовые.

В одноходовых теплообменниках теплоноситель движется в одном направлении параллельно по всем трубкам (см. рис. 1).

В многоходовых теплообменниках теплоноситель последовательно проходит несколько ходов, двигаясь в противоположных направлениях.

В многоходовых теплообменниках увеличивается скорость теплоносителей, а, следовательно, и интенсивность процесса за счёт того, что теплоносителей поступает не во все трубы сразу, а только в пучок труб, ограниченный перегородкой.

Многоходовыми теплообменники могут быть по трубному (рис. 2) и межтрубному пространству (рис. 3).

Приведённые выше теплообменники надёжно работают при разностях температур между корпусом и трубками 30-50 ْС. При более высоких разностях температур между корпусом и трубами возникают значительные температурные напряжения, которые могут привести к выходу теплообменника из строя. Поэтому при больших разностях температурах применяют конструкции теплообменников, в которых предусмотрена компенсация температурных удлинений.

Простейшее устройство для компенсации температурных удлинений – линзовый компенсатор (рис. 4а), который устанавливается на корпусе теплообменника и компенсирует температурные деформации осевым сжатием или расширением.

Можно использовать также теплообменники с U-образными трубками (рис. 4б). Они имеют одну трубную решетку, в которой закреплены оба конца U-образных трубок. Каждая трубка при нагревании может удлиняться, независимо от других, тем самым, компенсируя температурные удлинения.




.

Приложение 3

Методика расчёта кожухотрубчатого теплообменника


Рассчитать кожухотрубчатый теплообменник – значит определить необходимую поверхность теплообменника и подобрать теплообменник по ГОСТу.

Математическая модель расчёта теплообменника представлена двумя уравнениями: основное уравнение теплопередачи (1) и уравнение теплового баланса (2).


Q=К.F.Δ tср (1)

Q=Q1=Q2+Qпот (2)

Q – тепловой поток, кДж/с

Q1 – тепло отдаваемое более нагретым телом, Вт

Q2 – тепло воспринимаемое менее нагретым телом, Вт

К – коэффициент теплопередачи теплоносителем, Вт/м2.град

F – Поверхность теплообменника, м2

Δ tср – средняя разность температур между теплоносителем (оС, К)

Qпот – потери теплового потока, Вт

Если Qпот = 0, то Q1=Q2=Q

Из уравнения (1)

2)

Для определения F нужно найти Δ tср, Q и К.

В контрольной работе по расчёту теплообменника студентам-заочникам предложено 2 варианта задач по расчёту теплообменника:

Задачи 11-15 – в межтрубном пространстве теплообменника конденсируются органически пары (теплоноситель I), в трубном пространстве циркулирует охлаждающая вода (теплоноситель II).

Задачи 16-20 – в межтрубном пространстве конденсируется водяной пар, в трубном пространстве нагревается органическая жидкость.


1) Δtср - cредняя разность температур теплоносителей определяется в зависимости от характера изменения температуры теплоносителя вдоль поверхности теплообменника.

Исходя из условий задачи 1 теплоноситель конденсируется. Изменение агрегатного состояния происходит при постоянной температуре:

Задачи 11-15 – tконд= tкип жидкости (см табл. 1)

Задачи 16-20 – tконд в зависимости от давления водяного пара (см табл. 9)

Второй теплоноситель нагревается от t=10 оС до t.

В первом варианте задач (11-15) t = tконд - Δtк, Δtк =15÷20 оС. (по условию задачи)

Во втором варианте (16-20) t = tкип органической жидкости (см табл. 1)

Строим график изменения температур:

Рис – Изменение температуры теплоносителя вдоль поверхности теплообменника.


Если агрегатное состояние одного из теплоносителей меняется, направлени6е движения теплоносителей не играет роли при определении средней разности температур

, если

, с достаточной точностью

Определяем среднюю температуру II теплоносителя


tср2 = tконд -Δ tср


2) Тепловой поток Q определяется из уравнения теплового баланса:


Q1=Q2


Q1 – тепло выделяемое при конденсации паров. (Вт)


Q1=G1.r1, где


G1 – расход паров (кг/с)

r1 – удельная теплота конденсации пара (Дж/кг)

Q2 - тепло, воспринимаемое жидким теплоносителем (Вт)


Q2=G2.с2.( t- t), где


G2 – расход жидкости (кг/с)

с2 – средняя удельная теплоёмкость жидкости, определяется по средней температуре жидкости (Дж/кг град)

t, t – температура II теплоносителя на входе и выходе из теплообменника (оС)


Тогда уравнение теплового баланса запишется


Q=G1.r1=G2.c2. (t-t)


3) Коэффициент теплопередачи (К) зависит от коэффициентов теплоотдачи.

Теплопередача – процесс переноса теплоты от ядра потока более нагретого теплоносителя к ядру потока менее нагретого через стенку. Это сложный процесс, он состоит из 3 этапов:

а) процесс теплоотдачи из ядра потока теплоносителя I к наружной стенке трубки (конвекция), (1)

б) процесс переноса теплоты через стенку (теплопроводность), (2)

в) процесс переноса теплоты от наружной стенки трубки в ядро потока II теплоносителя (теплоотдача или конвекция) (3)


Это описывается уравнениями:






Если стенки трубки покрыты загрязнениям или накипью, то

(2),
где Σr – суммарное термическое сопротивление загрязнения самой стенки

λ – теплопроводность материала стенки

(3),

где α1 и α2 – коэффициенты теплоотдачи со стороны 1 и 2 теплоносителей (Вт/м2 .К)

Решая систему из 3-х уравнений (1), (2), (3) получим:


Вт/м2.град


Значит, чтобы определить коэффициент теплопередачи (К) нужно сначала рассчитать коэффициенты теплоотдачи α1 и α2 и сумму термических сопротивлений Σr. Чтобы определить коэффициент теплоотдачи нужно ответить на 2 вопроса:

а) Меняет или не меняет агрегатное состояние теплоноситель,

б) Если теплоноситель не меняет агрегатного состояния, то каков тогда режим движения теплоносителя.

В задачах 11-20 теплоноситель меняет агрегатное состояние (конденсируется), поэтому α1конд

Второй теплоноситель не меняет агрегатного состояния, значит нужно определить режим движения теплоносителя.

Режим движения теплоносителя определяется числовым значением критерия Рейнольдса:





ω – скорость движения теплоносителя (м/с)

- коэффициент динамической вязкости (Па.с)

- плотность второго теплоносителя, кг/м3

l - определяющий размер, в данном случае l=dвн, (м).

Скорость движения II теплоносителя (ω) нам неизвестна, поэтому используем вариант расчёта, в котором делается предварительный выбор теплообменника по ГОСТу, а дальнейшими расчётами он проверяется.

Задаёмся критерием Рейнольдса (Re≥10000). Пусть Re=10000 (турбулентный режим), тогда





По ГОСТу существуют теплообменники с трубками 20x2 и 25x2, выбираем 25х2, где 25 мм – наружный диаметр трубки, 2 мм – толщина стенки трубки, внутренний диаметр dвн = 21 мм = 0,021 м. Предварительный выбор теплообменника проводится по числу труб в одном ходу и ориентировочной поверхности теплообменника.

Число труб в одном ходу теплообменника определяется из уравнения расхода для II теплоносителя:



где n – число труб в одном ходу,

Sтр – поперечное сечение одной трубки, м2,

V2 – объёмный расход II теплоносителя, м3/с.


Заменив объёмный расход массовым мы получим:







Ориентировочное значение поверхности теплообменника определяем выбрав ориентировочное значение коэффициента теплопередачи в зависимости от условий теплообменника (см. табл. 5).

В задачах 11-15 тепло передаётся от насыщенных органических паров к воде (Кор=300-800 Вт/м2.К)

В задачах 16-20 тепло передаётся от водяного пара к органической жидкости (Кор=120-340 Вт/м2.К).

Тогда:



Зная np и Fop предварительно выбирают теплообменник по таблице 4 (n<np, F<Fop)

При выборе приводят все возможные варианты одного, двух, четырёх, шести ходового теплообменника (см. табл.).

Выбрав теплообменник мы имеем:

nT – табличное число труб в одном ходу,

nобщ – общее число труб во всех ходах,

L - длина труб,

FT – табличная поверхность теплообменника.

Сделав предварительный выбор теплообменника, уточняют режим движения теплоносителя II в выбранном теплообменнике.



По значению Re определяют режим движения теплоносителя и выбирают критериальное уравнение:


Re>10000 (турбулентный),





где , , - теплоёмкость, коэффициент динамической вязкости, теплопроводность теплоносителя II при температурах tср2

2300


Пока мы не знаем значение tcт2 и принимаем



В дальнейших расчётах мы уточним этот коэффициент.

Выбрав критериальное уравнение для соответствующего режима, определяем Nu2 и α2



- коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки в ядро потока II теплоносителя.

Определяем α1 – коэффициент теплообмена из ядра потока 1 теплоносителя к наружной стенке трубки.

Как описывалось выше α1= αконд

В задах 11-15 конденсируются органические пары




где - расход I теплоносителя (пара) (кг/с)

- динамическая вязкость 1 теплоносителя, (м.с)

ρ1 – плотность I теплоносителя (кг/м3)

- теплопроводность 1 теплоносителя, (Вт/м.град)

dнар – наружный диаметр трубок (м),

nобщ – общее число трубок в теплообменнике.


В задачах 16-20 конденсируется водяной пар:




где и - поправочные коэффициенты; Bt – коэффициент, зависящий от температуры конденсации пара.

Суммарное термическое сопротивление Σr определяется в зависимости от термических сопротивлений загрязнений и самой стенки


Σr=r1+δ/λ+r2


r1 и r2 – термические сопротивления загрязнённой стенки со стороны пара и жидкости (табл. 8)

δ – толщина стенки трубки = 0,002 м

λ – коэффициент теплопроводности стенки. Если стенка стальная, то λ=46,5 Вт/м.град


Зная α1, α2 и Σr определяем коэффициент теплопроводности:




4) Теперь мы можем определить поверхность теплообменника

2)

Рассчитанную поверхность сравнивают с табличной, которую мы получили при предварительном выборе теплообменника FТ.

Определяем запас поверхности теплообменника



Если Δ > 30%, то мы выбираем другой теплообменник и повторяем расчёты.

Выбор конструкции кожухотрубного теплообменника.

При выборе теплообменника по ГОСТу необходимо определить не только поверхность теплообмена и ходовость, но и выбрать конструкцию теплообменника.

Для этого необходимо найти разность температур между кожухом и трубками.

Δt=tкож-tтр,

где tкож – температура кожуха, tтр – температура трубки



tкож предполагается равной температуре теплоносителя в межтрубном пространстве tмтр

tкож= tмтр


Температура трубки:


tтр=(tст1+tст2)/2


где tст1 – температура наружной стенки трубки, tст2 – температура внутренней стенки трубки.

Значит, наша задача – определить температуру стенок трубки.

Для этого используют метод итераций (метод последовательных приближений)

Выразим три этапа передачи тепла через удельный тепловой поток – q:

(1)

(2)

(3),

где Q – постоянный тепловой поток, поэтому

q1=q2=q3

Задаёмся температурой наружной стенкой трубки дважды – tст1, t`ст1.

Вычисляем q1 и q`1 по уравнению (1), t`cт2 по уравнению (2), принимая q1=q2.

tст2=tcт1-q1.Σr

и q3 по уравнению (3), уточнив коэффициент теплоотдачи α2

,

где - критерий Прандтля для II теплоносителя при температуре tст2.

q3=α`2.(tст2-tcр2)

В результате получаем таблицу


tcт1

q1




tст2

q3

t’cт1

q`1

t`ст2

q`3

По данным таблицы строим график зависимости q1=f(tcт1), q3=f(tст2)



Точка пересечения соответствует условию q1=q2=q3=qист

Находим tст1(ист), tст2(ист) и qист по графику.

t2ст(ист) = tст1(ист) - qист.Σr

tтр= (tст1(ист) + tст2(ист) )/2

Δt=tконд-tтр


Определив Δt можно выбрать конструкцию теплообменника:

Δt<50 – теплообменник жёсткой конструкции (тип ТН)

Δt>50 – теплообменник полужёсткой конструкции (тип ТК)

(см. конструкции кожхотрубчатых теплообменников)


ПРИМЕР РАСЧЁТА задач 11-15


Рассчитать вертикальный кожухотрубный теплообменник для конденсации 7800 кг/ч насыщенного пара бензола под атмосферным давле­нием. Жидкий бензол отводится из конденсатора при температуре конденсации. Охлаждающая вода, проходящая по трубам, нагревается от 10 до 60 оС (tконд-20).

Решение.

1) Определяем среднюю разность температур Δtср

Температура конденсации бензола под атмосферным давле­нием 80,2 оС (табл. 1). Температурная схема конденсатора:


80,2 80,2

10 60


Δtн=70,2 Δtк=20,2


Так как Δtн/ Δtк > 2, то средняя разность температур:





Средняя температура охлаждающей воды:


tср.в=tконд-Δtср=80,2-40 =40,2 оС


2) Тепловая нагрузка (расход передаваемого тепла):


Q=G1r1=(7800/3600). 393,6.103.=848725,7 Вт

где r1 = 393,6.103Дж/кг — теплота конденсации бензола при 80 оС (табл. 2)

Расход охлаждающей воды


кг/с


3) Определяем коэффициент теплопередачи.


Принимаем трубы теплообменника диаметром 25 X 2 мм. Задаемся значением критерия Rе для воды Re = 15 000 (развитое турбулентное течение) и определяем скорость движения воды и требуемое число труб из выражений:









где = 992 кг/м3 – плотность воды при 40оС (табл. 3), μ=0,657.10-3 Па.с — динамический коэффициент вязкости воды при 40 оС (табл. 3).

Обращаясь к табл. 4, видим, что ближайшие числа труб:


одноходовой теплообменник n=13, Fmax=3м2

двухходовой теплообменник n=56/2=28, Fmax=17,5м2

шестиходовой теплообменник n=196/6=32,6, Fmax=91м2

Для выбора одного из них оценим ориентировочно величину требуемой поверхности теплопередачи.

По табл. 5 ориентировочное среднее значение коэффициента теплопередачи в конденсаторах паров органических веществ Кор=300-800 Вт/(м2.К). Тогда максимальная площадь поверхности теплообменника:


м2


Одноходовых теплообменников с площадью поверхности такого порядка нет (табл. 4), двухходовой имеет Fmax=17,5м2, следовательно проектируемый теплообменник будет шестиходовым (nт=32,6; nобщ=196; F=61 м2)

Определяем коэффициент теплоотдачи для воды αв.

Уточняем значение критерия Rе:





Развитое турбулентное течение.


полагая , так как вода нагревается.

Значение критерия Pr для воды при 40 оС находим по табл. 3: Pr=4,31

Тогда


Вт/(м2.К)

где λ – коэффициент теплопроводности воды при 40 оС.

Рассчитать коэффициент теплопередачи для конденсирующегося пара бензола αб по уравнению



Значения физико-химических констант жидкого бензола берём при температуре конденсации 80 °С:


λ1=0,14 Вт/(м.К) – рис.

ρ1=815 кг/м3 – табл. 6

μ1=0,316.10-3 Па.с – табл. 7

Расход бензола G=7800/3600=2,16 кг/с. Следовательно

Вт/(м2.К)

Термическое сопротивление стальной стенки трубы:

м2.К/Вт

где λст = 46,5 Вт/(м • К) - коэффициент теплопроводности стали

Тепловая проводимость загрязнения со стороны бензола (табл. 8):

Вт/(м2.К)

Тепловая проводимость загрязнения со стороны воды:

Вт/(м2.К)

Суммарное термическое сопротивление стенки и загрязнений:


м2.К/Вт

Вт/(м2.К)


4) Требуемая площадь поверхности теплообменника F:


м2


Выбранная по госту поверхность теплообмена Fт= 61 м2

Запас площади поверхности теплообменника





Пример решения задач 16-20


Рассчитать кожухотрубчатый теплообменник для нагрева 20 т/ч толуола от 21 до 98 оС. Греющий водяной насыщенный пар имеет абсолютное давление р=1,6 кгс/см2. В водяном паре содержится 0,5% воздуха.


1) Определяем среднюю разность температур Δtср

Температура кондесации водяного пара tконд=112,7 оС. Температурная схема:

112,7 112,7

21 98


Δtб=91,7 Δtм=14,7


Средняя разность температур:





Средник температура охлаждающей воды:


t2=t1-Δtср=112.7-42,1=70 оС


Расход толуола:

G2=20000/36000=5,56 кг/с

V2=G22=5,56/820=0,00678 м3

Здесь ρ2 =820 кг/ м3 – плотность толуола при 70 оС


2) Определяем тепловой поток Q

Расход теплоты на нагрев толуола:


Q=G2c2(t-t)=5,56.1800(98-21)=771000 Вт


c2 = 1800 Дж/(кг.К) – средняя удельная теплоёмкость толуола.

Расход сухого греющего пара с учётом 7% потерь теплоты:




где r =2227.103 Дж/кг – удельная теплота конденсации водяного пара.


3) Определяем поверхность теплообмена F

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. По таб. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям. При этом



Выбираем Re=10000. Для обеспечения турбулентного течения толуола при >10000 скорость в трубах должна быть больше:



где = 0,36.10-3 Па.с – динамический коэффициент вязкости толуола при 70 оС.

Число труб 25х2 мм, обеспечивающих объёмный расход толуола при =10000:





Условию n<93,7 b F<150 м2 удовлетворяют (табл. ) два теплообменника:

а) четырёхходовой диаметром 600 мм с числом труб на один ход трубного пространства n =52,5 (общее число труб 210);

б) шестиходовой диаметром 600 мм с числом труб на один ход трубного пространства n =33 (общее число труб 198)

Выбираем четырёхходовой как более простой

I. Коэффициент теплоотдачи для толуола.

Уточняем значение критерия :

=10000.n`/n=10000.93,7/52,5=17850

Критерий Прандтля для толуола при 70 оС:




Здесь =0,1248 Вт/(м.К) – коэффициент теплопроводности толуола при 70 оС

Расчётная формула



Отношение принято равным 1,05 (с последующей проверкой).

Таким образом



II. Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб.

Расчёт осуществляем приближённо (без учёта влияния поперечных перегородок) по формуле:



В нашем случае известно кг/с и n=210. Поэтому используем зависимость с учётом влияния примеси воздуха (0,5%):

где - коэффициент [см. рис. ], для шахматного расположения труб в пучке и при числе рядов труб по вертикали (табл. ) (рис. ); - коэффициент, зависящий от содержания воздуха в паре (рис. ), ; (табл. ).

Надо задаться длиной труб (по табл. 4.14 длины труб 2; 3; 4 и 6 м). Задаёмся L = 3 м. Если по окончании расчёта будет принята другая длина труб, то расчёт необходимо скорректировать (с увеличением L при величина возрастает). Имеем:



Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара , со стороны толуола (табл. ). Коэффициент теплопроводности стали (табл. ). Тогда



Коэффициент теплопередачи:



Расчётная площадь поверхности теплообмена:



Запас поверхности теплообмена:







Скачать 0,84 Mb.
оставить комментарий
страница5/6
Дата30.09.2011
Размер0,84 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6
плохо
  1
отлично
  6
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх