теплообменник

Находимскоростьгорячеготеплоносителя (воды/пара) по формуле: гдеW – скоростьдвижения (м/с),V –объемныйрасходтеплоносителя (м3/с), S – проходноесечение, равное внутреннему диаметру трубок (20 мм).м3/с;Найдемскорость холодного теплоносителя по той же формуле: м3/с;3.3.2 Расчет динамическихвязкостей теплоносителейРассчитаемкритерийРейнольдса и затемопределяем режим движениятеплоносителя, эквивалентныйдиаметр ивязкость. В первую очередь найдемвязкостьгорячего и холодного теплоносителя при tср по уравнениюлинейнойинтерполяции.Для горячего теплоносителя (сконденсированной воды):Находимсреднюювязкость при t1cp= 121,07oC [4, c.806]:Из справочных данных находим:м/с2.Для холодного теплоносителя (толуола) при t = 55,3 oC [4, c.806]:Берём при значениях60оС .50оС .м/с2.3.3.3 Расчет критерия РейнольдсаНаходимкритерииРейнольдса для горячеготеплоносителя:Подставив значения, получим:т.кRe1< 2300, то режим движенияламинарный.НаходимкритерииРейнольдса для холодного теплоносителяГде - внутренний диаметр труб, примем толщину стенки равной 2 мм.Подставив значения, получим:т.кRe2≥ 2300, то режим движенияпереходный.3.3.4Расчет критерия ПрандтляРассчитываемкритерийПрандтля по формуле:; где - теплопроводность (Вт/мград)Находимтеплопроводность для горячего и холодного теплоносителя при среднейтемпературе по уравнениюлинейнойинтерполяции (2.6):Определим теплопроводность горячего теплоносителяприt1cp=121,07oC из справочного пособия Вт/мград.Рассчитаем теплопроводность холодного теплоносителяприt2cp = 55,3oC:Берём при значениях 40оС = 0,113*1,16 = 0,131 Вт/мград [4, c.810],при 20ºС = 0,11*1,16 = 0,128 Вт/мград.Вт/мград.Теперь,зная значения теплопроводностей горячего и холодного теплоносителей, определим критерий Прандтля для воды/пара и толуола (горячего и холодного теплоносителей).Критерий Прандтля для горячего теплоносителя:Критерий Прандтля для холодного теплоносителя (воды):3.3.5РасчеткритерияНуссельта«Nu»Расчет коэффициента теплоотдачи по проведем с помощью критерия Нуссельта «Nu», так как этот способ представляется наиболее целесообразным.Для определения критерия Нуссельта для переходного режима движения горячего теплоносителяв ламинарном режиме необходимо воспользоваться следующей формулой:где Re – критерий Рейнольдса;Pr – критерий Прандтля для теплоносителя;– критерий Прандтля при температуре стенки;оСИз справочника придля сконденсированной воды находим Prст1 = 2,00.Gr – критерий Грасгофа, характеризующийинтенсивность и режим  свободного  движения ,                                          где  g  - ускорениесвободногопадения, 9,81 м/с2; - коэффициент  объемного  расширения, для воды при tср равен0,86.l - характерныйгеометрическийразмертеплоотдающейповерхности, который для горизонтально расположеннойтрубыпринимаетсяравнымнаружномудиаметру, 2.10-2м;  - кинематическаявязкостьокружающейсреды,  2,3.10-4м2/с ;температурный напор, оС: = tст - tср = 121,07 – 88,18 = 32,89Таким образом, находим:Для переходного режима течения холодного теплоносителя:РассчитываемкритерийПрандтля по формуле:; При определении параметров задаемся соответственными значениями при 80оС и 100оС для толуола, указанными в справочниках.где - теплопроводностьтолуола при , (Вт/мград)Вт/мград.гдеС - теплоемкостьтолуола при , (Дж/(кгград))Ср2 = гдеμ - вязкостьтолуола при , (м2/с).м/с23.3.6Расчет коэффициента теплопроводностиРассчитываемкоэффициенттеплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя.где - внешний диаметр трубок, 20 мм.Для горячего теплоносителя (пара/конденсата):Вт/м2Для холодного теплоносителя (толуола):Подставив в формулу численные значения, находимкоэффициенттеплоотдачи для холодноготеплоносителя:Вт/м2Теперь, когда мы определили коэффициенты теплопередачи для горячего и холодного теплоносителей, мы можем найти коэффициент теплоотдачи К для данного теплообменника.3.3.7Расчеткоэффициентатеплоотдачи«К»Расчет коэффициентатеплоотдачи«К» проведем с помощью формулы 3.16исползуя ранее полученные данные.Где = 0,002/46,5 (значения параматров для стали-3).Подставим известные значения в формулу:Вт/м2∙КВыберемстандартныйтеплообменник по формуле 1.11:Подставив численные значения, получим:м2.Таким образом, по уточненному расчету выберемдвухходовой теплообменник с близкой поверхностью теплообмена 98 м2с диаметром кожуха 600 мм и 370 трубками 20×2. Таблица 2. Параметры кожухотрубчатого теплообменника согласно ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79 [3]ДиаметркожухавнутреннийD, ммЧисло труб,nДлина трубl, мST * 10-2SM * 10-2SB П * 102d труб60038947,84,64,120х2Запас поверхноститеплообменав аппарате должен составлять 10-15%.Запас поверхностив выбранном нормализованном теплообменнике составляет при этом:Можно утверждать, что запасповерхноститеплообменаданногоаппаратавудовлетворяетусловию. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ представленной курсовой работе было необходимо произвести расчет нормализованного теплообменника для нагрева толуола до температуры кипения насыщенным водяным паром, исходя их физических свойств. Для достиженияпоставленнойцели в данной работе рассматривалисьтольконормализованныетеплообменныеаппараты без рассмотренияэкономическихфакторов, таких как: металлоемкость, себестоимость, вес и т.п. Основной рассчитываемой характеристикой теблообменника является площадь поверхности теплообмена, рассчитываемая на основании таких физических характеристик теплоносителей. Как динамическия вязкость, плотность, теплопроводность, удельная теплоемкость.В процессеприблизительнойоценкибылирассмотренынормализованныетеплообменныеаппараты с внутреннимдиаметром кожуха 600мм. Запас поверхноститеплообмена, у теплообменника с внутреннимдиаметром кожуха 600ммна 196 трубок, не удовлетворялисходнымтребованиям, и в дальнейшемдля охлаждения бензола было решено выбрать по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79 двухходовый теплообменник с внутреннимдиаметром кожуха 600мм на 389 трубок 2х20 мм длиной 4 м.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫВоскресенский В.Ю., Канатников Ю.М., Логинов М.В. Лабораторный практикум по термодинамике, тепломассообмену и теплотехнике. - М.: МГУТУ, 2005. – 74 с.Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И.Дытнерского. М.:Химия, 1983. - 272 с.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, 10-ое издание, переработанное и дополненное. Под ред. П.Г. Романтшва. Л.: Химия, 1987.-576 - с.Параметры кожухотрубчатых теплообменников и холодильников (по ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79)[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.chemiemania.ru/chemies-9704-1.htmlПлановский А.Н. и др. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для техникумов. Изд. 2-е, пер. и доп. – М.: ГНТИХЛ, 1962.– 845с.Теплотехника. Под ред. В.Н. Луканина.- М.: Высшая школа, 2005. - 671с. Чухин И.М., Техническая термодинамика. Учебн. Пособие. Часть 2. – Иваново: ИГЭУ, 2008. - 228 с.