Расчёт конденсатора

Министерство образования  и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет   Переработки  природных соединений

Кафедра   промышленной экологии процессов и аппаратов 

химических производств

 

 

 

 

Расчёт конденсатора

Расчётная работа

(ПЭ ПАХП.000000.041.РР)

 

 

 

 

 

Руководитель: Игнатова Е.В.

                                                                                                          ______________                                                 

                                                                                                                         (подпись)

                                                                                                             ______________ 

                                                                                                             (оценка, дата)

 

Выполнил: Харитонова М.В.

студентка группы 53-10

                                                                                                          ______________                                                 

                                                                                                                         (подпись)

                                                                                                             ______________

                                                                                                                           (дата)

 

Расчёт конденсатора

Вариант №8

Рассчитать теплообменный  аппарат для конденсации 6,0 кг/c насыщенных паров этилацетата при 77ºС. В качестве охлаждающего агента использовать воду. Процесс теплопередачи считать установившимся.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Температурная схема  процесса. Расчёт средней движущей  силы и средних температур  теплоносителей4

2. Расчёт тепловой нагрузки  аппарата и определение расходов  второго теплоносителя4

3. Ориентировочная оценка  максимальной поверхности теплопередачи.  Число труб на один ход5

4. Определение коэффициентов  теплоотдачи.6

5. Определение коэффициента  теплопередачи7

6. Уточнение значений  коэффициентов теплоотдачи7

7. Определение расчётной  поверхности теплообмена и выбор  стандартной конструкции8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Технологические расчёты.

Температурная схема:

 

77ºС           -         77ºС

18ºС           -         50ºС

------------------     ------------------

Δt_б=77-18=59      Δt_м=77-50=27

 

Δ t_ср. === 41,16ºC

 

Определим среднюю температуру  воды

t₂= t₁-Δt_ср=77-41,16=35,84ºС.

2. Расчёт тепловой нагрузки аппарата и определение расхода 2-го теплоносителя.

 

Расход теплоты

Q₁=G_1r1=6373,110³=2238600 Вт,

где r₁ - удельная теплота конденсации этилацетата при температуре

конденсации t₁=77ºС, r₁=373,1 кДж/кг.

 

Расход воды

 

G₂ = = = 34,1 кг/с,

где =2051Дж/(кгК) – удельная теплоёмкость воды при средней температуре t₂ =35,84ºС

 

Объёмный расход воды

 

V₂ = = =0,0343 м³/с,

где = 993,2 кг/м³ – плотность воды при t₂= 35,84ºС;

G₂ = 34,1 кг/c – расход воды.

3. Ориентировочная оценка максимальной поверхности теплопередачи. Число труб на один ход.

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности  теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для  случая теплообмена от конденсирующего пара органических жидкостей к воде (конденсаторы К_мин=300 Вт /(м^2кг)).

 

F_max = = = 181,29 м².

 

Составим схему процесса (рис.1).

Распределение температур в  процессе теплопередачи.

Для обеспечения турбулентного  течения воды при Re>10000 скорость в трубах должна быть больше w²

 

,

 

где - динамический коэффициент вязкости воды при средней температуре t₂=35,84ºС, =0,710710^-3 Па;

d₂ – внутренний диаметр труб, d₂=0,021 м;

- плотность воды  при t₂=35,84ºC, =993,2 кг/м³.

Число труб 25×2, обеспечивающих объёмный расход воды при Re₂=10000

.

 

Условию n<291,41 и F<181,29 м² удовлетворяет теплообменник одноходовой диаметром 600 мм и числом труб на один ход трубного пространства n=261.

Уточняем значение критерия Рейнольдса Re₂

.

Критерий Прандтля для  воды при средней температуре  t₂=35,84ºC

,

где - это коэффициент теплопроводности воды при t₂=35,84ºC, =62,8×10^-2 Вт/(м×К);

 – удельная  теплоёмкость воды при средней  температуре t₂=35,84ºC, =2051 Дж/(кг×К);

 – динамический  коэффициент вязкости воды при  средней температуре t₂=35,84ºC, = Па×с.

Рассчитаем критерий Нуссельта  для воды

;

=0,021×11165,134^0,8×2,32^0,43×1,05^0,25×1=52,5,

где =1.

Отношение (Pr₂/Pr_ст.2)^0,25 примем равным 1,05 (с последующей проверкой).

4. Определение коэффициентов теплоотдачи.

Таким образом, коэффициент  теплоотдачи для воды равен

.

Коэффициент теплоотдачи  при конденсации пара этилацетата  на пучке горизонтальных труб

;

,6 ,

где  λ₁ – коэффициент теплопроводности этилацетата при t=70ºС, λ₁=0,314 ;

- динамический  коэффициент вязкости этилацетата  при t=70ºС, =0,248×10^-3 Па×с;

₁ – плотность этилацетата при t=70ºС, ₁=828,9 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, g=9,8 м/с²;

r – удельная теплота парообразования, r=373,1×10³ Дж/кг.

Находим суммарную проводимость стенки и загрязнений

.

5. Определение коэффициента теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи

.

Поверхностная плотность  теплового потока

,

где =41,16ºС – средняя разность температур.

6.Уточнение значений коэффициентов теплоотдачи.

Проверяем принятое значение (Pr₂/Pr_ст.2)^0,25. Определим

,

где  =1570 Вт/(м²×К) – коэффициент теплоотдачи для воды.

,

где t₂=35,84 - средняя температура воды.

Определим критерий Прандтля при =58,04

,

где С_ст.2 – теплоемкость воды при температуре стенки t_ст.2=58,04, С_ст.2=4190 Дж/(кг×К);

- динамический  коэффициент вязкости воды при  температуре стенки t_ст.2=58,04, = 0,4832×10^-3 Па×с;

- коэффициент  теплопроводности воды при температуре  стенки t_ст.2=58,04, =0,659 Вт/(м×К).

Следовательно,

==1,12.

Было принято (Pr₂/Pr_ст.2)^0,25=1,05. Разница

Следовательно, поправки в  расчёте коэффициента теплоотдачи  α₂ не требуются.

7. Определение расчётной поверхности теплообмена и выбор стандартной конструкции.

Расчётная площадь поверхности  теплообмена

.

Принимаем к установке  одноходовой теплообменник с  F=81 м² (рис.2).

Характеристики теплообменника        

Внутренний диаметр кожуха        D_вн.=600 мм;

Общее число труб                          n=261;

Поверхность теплообмена            F=81 м²;

Длина труб                                      3м.

Запас площади поверхности  теплообмена

 

Запас площади поверхности  теплообмена достаточен.

 

Рис.2

 

Список использованных источников.

1. Игнатова, Е. В. Курс лекций по ПАПП.
2. Ченцова, Л. И. Процессы и аппараты химических технологий: учебное пособие к самостоятельной работе студентов специальностей 240901, 240403, 240502, 240701, 240702, 240406, 280201, 050501, 240801, 260601, 200503, 080502, 0240100 очной формы обучения / Л. И. Ченцова, М. К. Шайхутдинова, В. М. Ушанова. – Красноярск: СибГТУ, 2006. – 262 с.
3. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химических технологий: Учебное пособие для вузов. Под ред. чл.-корр. АН России П. Г. Романкова. – 11-е изд., стереотипное. Перепечатка с изд. 1987 г. – М.: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004. – 576 с.