Чертёж и расчёты по теплообменнику

 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (НИУ)

Институт естественных и точных наук

Химический факультет

кафедра экологии и химической технологии

Исходные данные к курсовому проекту по дисциплине

«Процессы массопереноса в химической технологии»

Вариант 3

Рассчитать теплообменный аппарат для охлаждения фосфорной кислоты. Фосфорная кислота в количестве 1200 кг/ч охлаждается от 70 до 25 °С. Холодный раствор нагревается от 10 до 15 °С. Холодный раствор коррозионно-активная жидкость с физико-химическими свойствами, близкими к свойствам воды. Для холодного при средней температуре – λ = 0,21 Вт/(м·K), μ = 1,34·10–3 Па·с, c = 3800 Дж/(кг·K), ρ = 890 кг/м3.

Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменник для теплообмена между двумя водно-органическими растворами. Горячий раствор в количестве G1=6,0 кг/с охлаждается от t1н= 112,5 °С до t1к = 40°C. Начальная температура холодного раствора (G2 = 21,8 кг/с) равна t2н=20 "С. Оба раствора -- коррозионно-активные жидкости с физико-химическими свойствами, близкими к свойствам воды. Горячая жидкость при средней температуре t1=76,3°С имеет следующие физико-химические характеристики: p1=986 кг/м3; л1=0.662 Вт/(м*К); µ1 = = 0.00054 Па*с;

с1 =4190 Дж/(кг*К).

Расчет теплообменника проводят последовательно в соответствии с общей блок-схемой (см. рис. 2.2).

- Определение тепловой нагрузки:

Q = 6,0 • 4190 (112,5 — 40) = 1 822 650 Вт.

- Определение конечной температуры холодного раствора из уравнения теплового баланса:

t2к = t2н + Q/(G2C2) =20+1 822 650/(21,8 ∙ 4180) =40,0 °С

где 4180 Дж/(кг∙К) — теплоемкость с2 холодного раствора при его средней температуре t2 = 30°С. Остальные физико-химические свойства холодной жидкости при этой температуре: р2=996 кг/м3; λ2=0,618 Вт/(м-К); µ2= 0,000804 Па-с.

- Определение среднелогарифмнческой разности температур:

∆tсрлог= [(112,5 — 40) — (40 —20)]/ln (72,5/20) =40,8 град.

- Ориентировочный выбор теплообменника. Решение вопроса о том, какой теплоноситель направить в трубное пространство, обусловлено его температурой, давлением, коррозионной активностью, способностью загрязнять поверхности теплообмена, расходом и др. В рассматриваемом примере в трубное пространство с меньшим проходным сечением (см. параметры многоходовых теплообменников в табл. 1.3) целесообразно направить теплоноситель с меньшим расходом, т. е. горячий раствор. Это позволит выровнять скорости движения теплоносителей и соответствующие коэффициенты теплоотдачи, увеличивая таким образом коэффициент теплопередачи. Кроме того, направляя поток холодной жидкости в межтрубное пространство, можно отказаться от теплоизоляции кожуха теплообменника.

Примем ориентировочное значение Re1oр=15 000, что соответствует развитому турбулентному режиму течения в трубах. Очевидно, такой режим возможен в теплообменнике, у которого число труб, приходящееся на один ход, равно:

для труб диаметром dH = 20x2 мм

[pic 1]

для труб диаметром dH = 25X2 мм

[pic 2]

Поскольку в данном примере свойства теплоносителей мало отличаются от свойств воды, примем минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению (см. табл. 1.1): Кор=800 Вт/(м2∙К). При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит