Пример готовой курсовой работы по предмету: Химия
Содержание
Оглавление 3
1. Тепловой расчет 4
2. Гидравлический расчет 10
3. Выбор технологической схемы 13
4. Техническая характеристика теплообменника 14
5. Конструктивный расчет 15
Библиографический список 20
Выдержка из текста
1. Тепловой расчет
Средняя температура С 8Н 10 t 1 0,5 ( t 1н t 1к )
7. оС
Средняя температура воды t 2 0,5 ( t 2н t 2к ) 32,5 оС
Физико-химические характеристики теплоносителей при средней температуре взяты из справочников [4], [5]
и сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Наименование Обозначение Значение
С 8Н 10 Вода
Плотность, кг / м 3
Теплопроводность, Вт / (мК)
Динамическая вязкость, Пас
Теплоемкость, Дж / (кгК)
Коэффициент объемного
расширения, К-1 ρ
λ
μ
с
β 885
0,120
0,0008
3450
0,00051 996
0,618
0,000845
4190
0,0003
Необходимую поверхность теплопередачи, м 2, определяют из основного уравнения теплопередачи
FQ / (k tср),
где Q – тепловая нагрузка, Вт;
k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 К);
tср – средняя разность температур потоков, оС.
Если агрегатное состояние теплоносителей не меняется, то тепловую нагрузку определяем по уравнению
Q G1с1 (t 1н – t 1к)
Q 45000/3600 3450 (80-60) 862500 Вт
Расход воды определяем из уравнения теплового баланса
Схема движения теплоносителей прямоточная
Средняя разность температур потоков определяется как среднеарифметическая между большей и меньшей разностями температур теплоносителей:
Δtб
4. ºС, , то Δtср (45 25)• 0,5 35
Ориентировочный выбор теплообменника.
Ксилол, как коррозионноактивную среду, направляем в трубное пространство, а охлаждающую воду – в межтрубное.
Примем ориентировочное значение критерия Рейнольдса
Re
1 ор. 12000, соответствующее развитому турбулентному режиму течения в трубах. Очевидно, что такой режим возможен в теплообменниках, у которых число труб n, приходящееся на один ход по трубам диаметром
dн 20 х 2 мм, равно
n / z 4G1 / (πdRe
1 ор μ 1) 4 12,5 / (3,14 0,016 12000 0,0008) 104
Для труб диаметром dн 25 х 2 мм
n / z 4G1 / (πdRe
1 ор μ 1) 4 12,5 / (3,14 0,021 12000 0,0008) 79
Минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению теплоносителей, равно табл. 11.1[1]
kор
80. Вт/(м 2 К).
При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит
Fор 862500/(35 800) 30,8 м 2
Определим поправку для средней разности температур εt с помощью графиков, приведенных на рис. 11.1 [1].
Р (50-15)/(90-15) 0,46
R (80-60)/(50-15) 0,57
εt 0,75 и tср 35 0,75 26,25 оС
С учетом этих оценок ориентировочная поверхность составит
Fор 862500 / (26,25 800) 41 м 2
По таблице 11.3 [1]
выбираем теплообменники с близкой поверхностью теплообмена и проведем утонченный расчет следующих вариантов:
Вариант 1: D
60. мм, dн 20 х 2 мм, z 6, n/z 316/6 52,7
L 3м, F 60м 2
Вариант 2: D
40. мм, dн 20 х 2 мм, z 2, n/z 166/2 83
L 6м, F 63м 2
Вариант 3: D
60. мм, dн 20 х 2 мм, z 4, n/z 334/4 83,5
L 3м, F 63м 2
Утонченный расчет поверхности теплопередачи.
Вариант 1
При переходном режиме (2300 Re 10 000) приближенное значение коэффициента теплоотдачи к жидкости α
1. Вт/(м 2К), определяем по уравнению:
Nu 1 0,008 Re 10,9Pr 10,43 ,
где Nu 1 α 1l / λ 1 – критерий Нуссельта,
где l – определяющий размер в критериях подобия;
Pr 1 с1 μ 1 / λ 1 – критерий Прандтля.
Определяющим размером в критериях Re и Nu является эквивалентный диаметр трубы; определяющая температура, при которой рассчитываются физические свойства среды – средняя температура теплоносителя.
α 1 0,008 Re 1 0,9Pr 10,43( λ 1 / d )
Pr 1 1886 0,00051 / 0,12 8
α 1 0,008 8350 0,9 80,43( 0,12 / 0,018 ) 4414 Вт/(м 2К)
Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве находим по таблице П.3 [1]
Sмтр 0,037 м 2
Pr 2 4190 0,000845 / 0,618 5,73
При движении теплоносителя в межтрубном пространстве коэффициент теплоотдачи к воде при Re 1000 составит
Эквивалентный диаметр для межтрубного пространства рассчитывается по формуле:
α 2 0,24 3761,4 0,6 5,730,36( 0,618 / 0,03375 ) 1151 Вт/(м 2К)
В соответствии с таблицей П.2 [1]
примем термические сопротивления загрязнений равными rз 1 rз 2 1/5800 м 2К/Вт.
В качестве материала труб выбираем нержавеющую сталь. Теплопроводность нержавеющей стали
αст 17,5 Вт /(м К).
Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:
где δ – толщина стенки трубы, м
Коэффициент теплопередачи равен
Требуемая поверхность составляет
F 862500 / (26,25 654) 50,2 м 2
Из табл. 11.3 [1]
следует, что из выбранного ряда подходит теплообменник с трубами длиной L 3 м и номинальной поверхностью F60м 2.
При этом запас составит
Масса теплообменника по табл. 11.10 [1]
равна 2100 кг.
Вариант 2.
Аналогичный расчет дает следующие результаты:
Re 1 4994
Re 2 8173
α 1 1308 Вт/(м 2К)
α 2 2876 Вт/(м 2К)
k
63. Вт/(м 2К)
F 59 м 2
Из табл. 11.3 [1]
следует, что теплообменник с трубами длиной L 6 м номинальной поверхностью F 63 м
2. подходит с запасом 6,7 %. Его масса равна 1890 кг.
Вариант 3.
Аналогичный расчет дает следующие результаты:
Re 1 4961
Re 2 3390
α 1 1285 Вт/(м 2К)
α 2 1765 Вт/(м 2К)
k
53. Вт/(м 2К)
F 64 м 2
Из табл. 11.3 [1]
следует, что теплообменник с трубами длиной L 3 м номинальной поверхностью F 63 м 2 подходит с запасом 1,5 %. Его масса равна 1980 кг.
Дальнейшее сопоставление трех вариантов проводится по гидравлическому сопротивлению.
Список использованной литературы
1. Основные процессы и аппараты химической технологии (Под редакцией Ю.И. Дытнерского – Москва, Химия, 1983 г.) – Пособие по проектированию
2. Н.Ю. Смирнов и др. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели (чертежа общего вида).
Методические указания
№ 887, Иваново, 2004 г.
3. Лебедев В.Я. и др. Расчет и проектирование теплоиспользующего оборудования. Методическое пособие кафедры, Иваново, 1992 г.
4. М.И. Пасманик, Б.А. Сасс-Тисовский, Л.М. Якименко. Производство хлора и каустической соды. Справочник, Москва, издательство «Химия», 1966 г.
5. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л. Химия, 1987 г.
