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 теплоносителей.
РассчитаемкритерийРейнольдса 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 Рейнольдса.
НаходимкритерииРейнольдса для горячеготеплоносителя:
Подставив значения, получим:
т.кRe1< 2300, то режим движенияламинарный.Находимкритерии.
Рейнольдса для холодного теплоносителя.
Где — внутренний диаметр труб, примем толщину стенки равной 2 мм. Подставив значения, получим:
т.кRe2≥ 2300, то режим движенияпереходный.
3.3. 4Расчет критерия Прандтля.
РассчитываемкритерийПрандтля 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. 5Расчеткритерия.
Нуссельта"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:
Рассчитываемкритерий.
Прандтля по формуле:; При определении параметров задаемся соответственными значениями при 80оС и 100оС для толуола, указанными в справочниках.
где — теплопроводностьтолуола при, (Вт/мград)Вт/мград.
где.
С — теплоемкостьтолуола при, (Дж/(кгград))Ср2 = гдеμ - вязкостьтолуола при, (м2/с).м/с23.
3.6Расчет коэффициента теплопроводности.
Рассчитываемкоэффициенттеплоотдачи 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 15 118–79, ГОСТ 15 120–79 и ГОСТ 15 122–79 [3]ДиаметркожухавнутреннийD, мм.
Число труб, nДлина трубl, мST * 10−2SM * 10−2SB П * 102d труб60 038 947,84,64,120×2Запас поверхноститеплообменав аппарате должен составлять 10−15%.Запас поверхностив выбранном нормализованном теплообменнике составляет при этом:
Можно утверждать, что запасповерхноститеплообменаданногоаппаратавудовлетворяетусловию.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В 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 600 мм. Запас поверхноститеплообмена, у теплообменника с внутреннимдиаметром кожуха 600ммна 196 трубок, не удовлетворялисходнымтребованиям, и в дальнейшемдля охлаждения бензола было решено выбрать по ГОСТ 15 118–79, ГОСТ 15 120–79 и ГОСТ 15 122–79 двухходовый теплообменник с внутреннимдиаметром кожуха 600 мм на 389 трубок 2×20 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 15 118–79, ГОСТ 15 120–79 и ГОСТ 15 122–79)[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.
