Курсовая с практикой на тему Рассчитать теплообменник (Вариант 1)

Содержание:

Введение. 2

1. Расчёт теплообменника для нагрева исходной смеси. 4

2. Расчёт гидравлических сопротивлений трубопровода и выбор насоса. 10

2.1. Исходная схема трубопровода. 10

2.2. Расчёт гидравлических сопротивлений. 11

Заключение. 17

Список литературы.. 18

Введение:

Процессы теплообмена имеют большое значение в химической,
энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В
теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую
их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который
принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность,
конвекцию и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены,
находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно.

Теплообменниками называют аппараты, предназначенные для
передачи тепла от одних веществ к другим. Вещества, участвующие в процессе
передачи тепла, называются теплоносителями. Теплоносители, имеющие более
высокую температуру, чем нагревающая среда, и отдающие тепло, принято называть
нагревающими агентами, а теплоносители с более низкой температурой, чем среда,
от которой они воспринимают тепло, — охлаждающими агентами.

В химической промышленности применяют теплообменные аппараты
различных типов и конструкций. К числу наиболее часто применяемых поверхностных
теплообменников относятся кожухотрубчатые
теплообменники.

В кожухотрубчатом
теплообменнике одна из обменивающихся сред движется внутри труб ( в трубном
пространстве ), а другая – в межтрубном пространстве. Однохододовые и
многоходовые теплообменники могут быть вертикальными или горизонтальными.
Вертикальные теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшую производственную
площадь. Горизонтальные теплообменники изготавливают обычно многоходовыми
и работают при больших скоростях участвующих в теплообмене сред для того, чтобы
свести к минимуму расслоение жидкостей вследствие разности их температур и
плотностей, а также устранить образование застойных зон.

Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с
поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике.
Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка, т.е. обеднен
легколетучим компонентом. В результате массообмена
с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного
обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым
числом жидкостью, которая получается в дефлегматоре путем конденсации пара,
выходящего из колонны. Затем жидкость направляется в делитель. Часть конденсата
выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения — дистиллята,
который охлаждается в теплообменнике, и направляется в сборник дистиллята при помощи
насоса.

Из кубовой части колонны
насосом непрерывно выводится кубовая жидкость — продукт, обогащенный
труднолетучим компонентом, который охлаждается в холодильнике остатка и
направляется в емкость.

Таким образом, в ректификационной
колонне осуществляется непрерывный не равномерный процесс разделения исходной
бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и
кубовой остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.

Схема ректификационной установки

Исходная смесь из промежуточной емкости центробежным насосом
подается в теплообменник, где подогревается до температуры кипения. Нагретая
смесь поступает на разделение в ректификационную колонну на тарелку питания,
где состав жидкости равен составу исходной смеси.

Заключение:

Для нагрева 7,2 т/ч смеси
сероуглерода-тетрахлорида углерода с 15ºС до 76,75 ºС требуется кожухотрубный теплообменник типа ТН (ГОСТ
15118-79, ГОСТ 15120-79, ГОСТ 151122-79) с диаметром кожуха D = 325 мм, числом труб n = 111,
длинной труб l = 4 м,
площадью теплопередачи F
= 29,28 м с запасом поверхности 0,5. Кроме рабочего устанавливается
также резервный теплообменник того же типа.

Для
подачи смеси из хранилища необходимо установить центробежный насос типа 3К-9
с производительностью V2
= 30 м

/ч, напором Н = 34,8 м, мощностью N = 4,6 кВт на
валу насоса и N = 7 кВт электродвигателя, с КПД = 62 %.

Фрагмент текста работы:

1 Расчёт теплообменника для нагрева исходной смеси

Примем температуру исходной смеси в резервуаре 15 0С.
Температура конденсации водяного пара при давлении 0,1 МПа составляет tкондп
= 99,1 0С [4, C.
549, таблица LV11]. Условимся все величины, связанные с исходной смесью
отмечать индексом «ИС», а связанные с паром – «П», со стенкой – «ст». Напишем
температурную схему:

Насыщенный водяной пар 99 0С 990С Исходная смесь- сероуглерод – тетрахлорид
углерода 15 0С 76,75 0С
(температура кипения сероуглерода-тетрахлорид
углерода)

Большая
и меньшая разность температур между исходной жидкостью и греющим паром: Δtб
= 99,1-15 = 84,1 0С, Δtм
= 99,1-76,75 = 22,35 0С.

Средняя разность температур Δtср,
входящая в уравнение теплопередачи, определяется как [4, C. 169, формула (4.78)]: (75)

Вычислим по формуле (75) Δtср: 0С

Средняя температура исходной смеси [4, C. 82, формула (4.82)]: 45,88 0С

Расход исходной смеси: Плотность исходной смеси при 48,4 0С рассчитаем
по формуле (37) [4,
C.
512, таблица 1V]: Формула, связывающая объёмный расход со
скоростью движения жидкости и круглым сечением трубопровода: (76)

где V
– объёмный расход жидкости, м3/с;