ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра «Хімічної технології та промислової екології»
Контрольна робота № 2
Розрахунок теплообмінного апарату кожухотрубчасті типу.
Виконав: студент 3 - ІТ - III
Шибаєв Володимир
____________
(Підпис)
Перевірив: Филлипов В.В,
_____________
(Підпис)
Зміст.
1. Завдання на розрахунок кожухотрубчасті теплообмінника ... ... ... ... ... ... ... ... 1
2. Розрахунок кожухотрубчасті теплообмінника
2.1 Розрахунок середньої різниці температур між теплоносіями ...... 2
2.2 Розрахунок середньої температури кожного теплоносія ... ....... ... ... ... 2
2.3 Теплофізичні властивості теплоносіїв при їх середніх температурах ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2
2.4 Розрахунок об'ємної і масової витрати теплоносія ..................... 3
2.5 Розрахунок теплового навантаження на апарат ............................................ ...... 3
2.6 Розрахунок масового та об'ємної витрати хладагента ........................... 3
2.7 Розрахунок середньої швидкості потоку хладагента ....................................... 3
2.8 Розрахунок критерію Рейнольдса і режим руху кожного потоку .... 3
2.9 Розрахунок орієнтовних коефіцієнтів тепловіддачі для кожного потоку ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
2.10 Розрахунок орієнтовного коефіцієнта теплопередачі без урахування забруднення стінки ......................................... .................................................. ....... 5
2.11 Розрахунок орієнтовного коефіцієнта теплопередачі з обліку забруднення стінки ......................................... .................................................. ....... 5
2.12 Розрахунок температури стінки з боку кожного потоку і перерахунок значень коефіцієнтів теплопередачі, тепловіддачі, питомої теплопровідності ................................ .................................................. ... 5
2.13 Розрахунок необхідної площі теплообміну ...................................... 7
2.14 Підбір діаметрів штуцерів для введення і виведення потоків ............... 7
2.15 Розрахунок гідравлічного опору трубного і міжтрубного просторів, виходячи з допустимих швидкостей їх руху ........................... 7
3. Висновки та рекомендації ............................................. ..................................... 9
4. Бібліографія ............................................... .................................................. .. 10
РОЗРАХУНОК кожухотрубчасті ТЕПЛООБМІННИК
1. Розрахунок середньої різниці температур між теплоносіями
Для цього визначимо середню різницю температур при прямоток теплоносіїв:
100 50
20 40
80 10
Для цього визначимо середню різницю температур при противотоке теплоносіїв:
100 50
40 20
60 30
Так як всередині двох ходового кожухотрубчасті теплообмінника немає чітко визначеного струму теплоносіїв, то знайдемо середню температуру між протитечією і прямотоком, яка і буде використовуватися в подальших розрахунках:
2. Розрахуємо середню температуру кожного теплоносія:
3. Випишемо теплофізичні властивості теплоносіїв при їх середніх температурах.
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 1
4. Розрахуємо масовий і об'ємний витрати теплоносія:
5. Розрахуємо теплове навантаження апарату:
Так як в заданому нам процесі не відбувається зміна агрегатного стан ні речовини теплоносія, ні речовини хладагента, то теплове навантаження знаходиться за формулою
6. Розрахуємо масовий і об'ємна витрата хладагента:
Виходячи з теплового балансу і раніше знайденої теплового навантаження на апарат, отримаємо:
7. Розрахуємо середню швидкість хладагента:
8. Розрахуємо критерій Рейнольдса і режим руху кожного потоку:
- Розвинене турбулентний рух
- Розвинене турбулентний рух
9. Розрахуємо орієнтовні коефіцієнти тепловіддачі для кожного потоку.
Коефіцієнт тепловіддачі знаходиться за формулою . Для розрахунку необхідно підібрати критеріальне рівняння розрахунку критерію Нуссельта.
Так як гарячий потік рухається турбулентно у прямих трубах, то критеріальне рівняння для розрахунку критерію Нуссельта буде виглядати так:
, Де для охолоджуються рідин при допустимої похибки, - Коефіцієнт залежить від геометрії апарату та режиму руху потоку береться їх таблиці 2, - Критерій Прандтля.
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 2
Коефіцієнт Прандтля знаходиться за формулою:
Підставляючи вишеполученное, знаходимо критерій Нуссельта та орієнтовний коефіцієнт тепловіддачі:
Так як холодний потік поперечно обтікає пучок гладких труб при їх шаховому розташуванні, при турбулентному режимі руху рідини, то критеріальне рівняння для знаходження критерію Нуссельта має вигляд:
, Де - Критерій Прандтля, для нагріваються рідин при допустимої похибки, - Коефіцієнт враховує вплив кута атаки φ знаходиться за таблицею 3.
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 3
Коефіцієнт Прандтля знаходиться за формулою:
Підставляючи вишеполученное, знаходимо критерій Нуссельта та орієнтовний коефіцієнт тепловіддачі:
10. Розрахуємо орієнтовний коефіцієнт теплопередачі без урахування забруднень стінки
, Де - Коефіцієнт теплопровідності стінки теплообмінника
11. Розрахуємо орієнтовний коефіцієнт теплопередачі з обліку забруднень стінки
Знайдемо термічний опір стінки і забруднень:
Орієнтовний коефіцієнт теплопередачі з урахуванням забруднення стінки:
12. Розрахуємо температуру стінки з боку кожного потоку і перерахунок значень коефіцієнтів теплопередачі, тепловіддачі, питомої теплопровідності.
Визначимо орієнтовно значення і , Виходячи з того що
, Де сума
Знайдемо:
Перевірка суми :
Виходячи з цього, отримаємо
Введемо поправку до коефіцієнти тепловіддачі, визначивши .
Критерій Прандтля для октану при
, Де - Знайдені за допомогою методу кусково-лінійної інтерполяції і зведені в таблицю 4.
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 4
Критерій Прандтля для води при
, Де - Знайдені за допомогою методу кусково-лінійної інтерполяції і зведені в таблицю 5.
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 5
Коефіцієнти тепловіддачі:
для октану
для води
Виправлені значення К, q, tст1, tст2
Подальше уточнення α1, α2 та інших величин не потрібно так як розбіжність між α1, і α2, та інших не перевищує 5%.
13. Розрахуємо необхідну площу поверхні теплообміну
Із запасом у 10%
14. Підберемо діаметри штуцерів для введення і виведення потоків, виходячи з допустимих швидкостей їх руху.
. Вибираємо зі стандартного ряду діаметр вхідного і вихідного штуцера для гарячого потоку
. Вибираємо зі стандартного ряду діаметр вхідного і вихідного штуцера для холодного потоку , Так як розрахункове значення більше ніж стандартний виріб, то необхідно збільшити кількість штуцерів для холодного потоку.
15. Розрахуємо гідравлічний опір трубного і міжтрубного просторів.
Гідравлічний опір у трубному та міжтрубному просторі складається втрат на тертя і місцевих опорів.
, Де - Формула Блазіуса, для турбулентного руху в гладких трубах, - Сума коефіцієнтів враховують різні місцеві опори, зокрема для трубного простору характерні місцеві опори види: «вхід в трубу», «вихід з труби», де таких місцевих опорів n штук (n - кількість трубок). Виходячи з цього . Тоді гідравлічний опір:
Гідравлічний опір у міжтрубному просторі:
, Де - Сума коефіцієнтів враховують різні місцеві опори, зокрема для трубного простору характерні місцеві опори види: «вхід в трубу», «вихід з труби», «раптове розширення», «раптовий звуження», «поворот потоку». Виходячи з цього . Тоді гідравлічний опір:
ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ.
Необхідний процес охолодження провести в заданому нам апараті не можливо, оскільки площа поверхні теплообміну у заданого апарату багато менше необхідної ( ). Щоб проводити заданий процес необхідно або змінити конструкцію апарату (збільшити кількість ходів, «Оребро» трубки), що безсумнівно призведе до великих грошових витрат і складністю обслуговування самого апарату, або послідовно вибудувати 4 таких апарату, що в істотній мірі скоротить витрати на обслуговування, але монтаж такої системи і її «великі площі» приведуть до зростання постійних витрат.
БІБЛІОГРАФІЯ.
1. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології: Навчальний посібник для вузів. - 12-е вид., Стереотипне. Перепеч. з вид. 1987 р. - М.: ТОВ ТІД «Альянс», 2005. - 575 с.
2. Ізмайлов В.Д., Филлипов В.В. Довідковий посібник для розрахунків по процесах та апаратів хімічної технології. Самара, СамГТУ, 2006, 43 с.
3. Касаткін А.Г. Основні процеси та апарати хімічної технології: Підручник для вузів. - 11-е вид., Стереотипне доопрацьоване. Перепеч. з вид. 1973 р. - М.: ТОВ ТІД «Альянс», 2005 - 753 с.
Кафедра «Хімічної технології та промислової екології»
Контрольна робота № 2
Розрахунок теплообмінного апарату кожухотрубчасті типу.
Виконав: студент 3 - ІТ - III
Шибаєв Володимир
____________
(Підпис)
Перевірив: Филлипов В.В,
_____________
(Підпис)
Зміст.
1. Завдання на розрахунок кожухотрубчасті теплообмінника ... ... ... ... ... ... ... ... 1
2. Розрахунок кожухотрубчасті теплообмінника
2.1 Розрахунок середньої різниці температур між теплоносіями ...... 2
2.2 Розрахунок середньої температури кожного теплоносія ... ....... ... ... ... 2
2.3 Теплофізичні властивості теплоносіїв при їх середніх температурах ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2
2.4 Розрахунок об'ємної і масової витрати теплоносія ..................... 3
2.5 Розрахунок теплового навантаження на апарат ............................................ ...... 3
2.6 Розрахунок масового та об'ємної витрати хладагента ........................... 3
2.7 Розрахунок середньої швидкості потоку хладагента ....................................... 3
2.8 Розрахунок критерію Рейнольдса і режим руху кожного потоку .... 3
2.9 Розрахунок орієнтовних коефіцієнтів тепловіддачі для кожного потоку ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
2.10 Розрахунок орієнтовного коефіцієнта теплопередачі без урахування забруднення стінки ......................................... .................................................. ....... 5
2.11 Розрахунок орієнтовного коефіцієнта теплопередачі з обліку забруднення стінки ......................................... .................................................. ....... 5
2.12 Розрахунок температури стінки з боку кожного потоку і перерахунок значень коефіцієнтів теплопередачі, тепловіддачі, питомої теплопровідності ................................ .................................................. ... 5
2.13 Розрахунок необхідної площі теплообміну ...................................... 7
2.14 Підбір діаметрів штуцерів для введення і виведення потоків ............... 7
2.15 Розрахунок гідравлічного опору трубного і міжтрубного просторів, виходячи з допустимих швидкостей їх руху ........................... 7
3. Висновки та рекомендації ............................................. ..................................... 9
4. Бібліографія ............................................... .................................................. .. 10
РОЗРАХУНОК кожухотрубчасті ТЕПЛООБМІННИК
1. Розрахунок середньої різниці температур між теплоносіями
Для цього визначимо середню різницю температур при прямоток теплоносіїв:
100 50
20 40
80 10
Для цього визначимо середню різницю температур при противотоке теплоносіїв:
100 50
40 20
60 30
Так як всередині двох ходового кожухотрубчасті теплообмінника немає чітко визначеного струму теплоносіїв, то знайдемо середню температуру між протитечією і прямотоком, яка і буде використовуватися в подальших розрахунках:
2. Розрахуємо середню температуру кожного теплоносія:
3. Випишемо теплофізичні властивості теплоносіїв при їх середніх температурах.
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 1
Гарячий теплоносій (1) | Холодоагент (2) | ||||||
октан | вода | ||||||
ρ1, кг/м3 | С1, Дж / кг | μ1, Па з | λ1, Вт / (м К) | ρ2, кг/м3 | С2, Дж / кг | μ2, Па з | λ2, Вт / (м К) |
657 | 2056 | 0,000306 | 0,1095 | 996 | 4180 | 0,000804 | 0,618 |
5. Розрахуємо теплове навантаження апарату:
Так як в заданому нам процесі не відбувається зміна агрегатного стан ні речовини теплоносія, ні речовини хладагента, то теплове навантаження знаходиться за формулою
6. Розрахуємо масовий і об'ємна витрата хладагента:
Виходячи з теплового балансу і раніше знайденої теплового навантаження на апарат, отримаємо:
7. Розрахуємо середню швидкість хладагента:
8. Розрахуємо критерій Рейнольдса і режим руху кожного потоку:
9. Розрахуємо орієнтовні коефіцієнти тепловіддачі для кожного потоку.
Коефіцієнт тепловіддачі знаходиться за формулою
Так як гарячий потік рухається турбулентно у прямих трубах, то критеріальне рівняння для розрахунку критерію Нуссельта буде виглядати так:
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 2
Значення Re | Відношення L / d | ||||
10 | 20 | 30 | 40 | 50 і більше | |
10000 | 1,23 | 1,13 | 1,07 | 1,03 | 1 |
20000 | 1,18 | 1,1 | 1,05 | 1,02 | 1 |
50000 | 1,13 | 1,08 | 1,04 | 1,02 | 1 |
100000 | 1,1 | 1,06 | 1,03 | 1,02 | 1 |
1000000 | 1,05 | 1,03 | 1,02 | 1,01 | 1 |
Підставляючи вишеполученное, знаходимо критерій Нуссельта та орієнтовний коефіцієнт тепловіддачі:
Так як холодний потік поперечно обтікає пучок гладких труб при їх шаховому розташуванні, при турбулентному режимі руху рідини, то критеріальне рівняння для знаходження критерію Нуссельта має вигляд:
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 3
φ | 90 | 80 | 70 | 60 | 50 | 40 | 30 | 20 | 10 |
1 | 1 | 0,98 | 0,94 | 0,88 | 0,78 | 0,67 | 0,52 | 0,42 |
Підставляючи вишеполученное, знаходимо критерій Нуссельта та орієнтовний коефіцієнт тепловіддачі:
10. Розрахуємо орієнтовний коефіцієнт теплопередачі без урахування забруднень стінки
11. Розрахуємо орієнтовний коефіцієнт теплопередачі з обліку забруднень стінки
Знайдемо термічний опір стінки і забруднень:
Орієнтовний коефіцієнт теплопередачі з урахуванням забруднення стінки:
12. Розрахуємо температуру стінки з боку кожного потоку і перерахунок значень коефіцієнтів теплопередачі, тепловіддачі, питомої теплопровідності.
Визначимо орієнтовно значення
Знайдемо:
Перевірка суми
Виходячи з цього, отримаємо
Введемо поправку до коефіцієнти тепловіддачі, визначивши
Критерій Прандтля для октану при
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 4
Св-ва потоку (1) за t'ст1 | ||
Сст1, Дж / кг | μст1, Па | λст1, Вт / м |
2105,35684 | 0,00036 | 0,14824 |
Критерій Прандтля для води при
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 5
Св-ва потоку (2) при t'ст2 | ||
Сст2, Дж / кг | μст2, Па | λст2, Вт / м |
4180 | 0,0007 | 0,6328 |
Коефіцієнти тепловіддачі:
для октану
для води
Виправлені значення К, q, tст1, tст2
Подальше уточнення α1, α2 та інших величин не потрібно так як розбіжність між α1,
13. Розрахуємо необхідну площу поверхні теплообміну
Із запасом у 10%
14. Підберемо діаметри штуцерів для введення і виведення потоків, виходячи з допустимих швидкостей їх руху.
15. Розрахуємо гідравлічний опір трубного і міжтрубного просторів.
Гідравлічний опір у трубному та міжтрубному просторі складається втрат на тертя і місцевих опорів.
Гідравлічний опір у міжтрубному просторі:
ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ.
Необхідний процес охолодження провести в заданому нам апараті не можливо, оскільки площа поверхні теплообміну у заданого апарату багато менше необхідної (
БІБЛІОГРАФІЯ.
1. Павлов К.Ф., Романків П.Г., Носков А.А. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технології: Навчальний посібник для вузів. - 12-е вид., Стереотипне. Перепеч. з вид. 1987 р. - М.: ТОВ ТІД «Альянс», 2005. - 575 с.
2. Ізмайлов В.Д., Филлипов В.В. Довідковий посібник для розрахунків по процесах та апаратів хімічної технології. Самара, СамГТУ, 2006, 43 с.
3. Касаткін А.Г. Основні процеси та апарати хімічної технології: Підручник для вузів. - 11-е вид., Стереотипне доопрацьоване. Перепеч. з вид. 1973 р. - М.: ТОВ ТІД «Альянс», 2005 - 753 с.