Теплообменник для охлаждения раствора NaOH

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Химия
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    102,92 kb
  • Опубликовано:
    2011-07-03
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Теплообменник для охлаждения раствора NaOH

Задание на проектирование

 

Рассчитать и спроектировать теплообменник для охлаждения раствора NaOH. После выпаривания раствор с концентрацией 25% массовых долей поступает в количестве 10 м3/час. Начальная температура раствора равна температуре кипения tкип. , tк = 350С. Охлаждение производится водой начальная температура воды равна tн = 100С, конечная температура tк = 350С.

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 теплом сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая - в межтрубном пространстве. Одноходовые 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.

Кроме кожухотрубчатых теплообменников частоепрактическое применение находят двухтрубчатые теплообменники. Теплообменники этой конструкции, называемые также теплообменниками типа «труба в трубе». Состоят из нескольких последовательно соединённых трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными трубами. Один теплоноситель движется по внутренним трубам, а другой - по кольцевому зазору между внутренними и наружными трубами.

1. Расчет тепловой нагрузки

Ввиду того, что в трубах нагревается раствор гидроксида натрия, а не вода и температура в трубах выше 60 0С, используем аппараты типа ТН или ТК. Принимаем для межтрубного пространства индекс «1», для трубного- «2».

Определение температуры кипения раствора гидроксида натрия.

Определение температуры кипения раствора гидроксида натрия производится при помощи диаграммы построенной на основе таблицы tкип-конц. (табл. XXXVI) [1,с.535]:

 Конц.

14,53

18,32

23,08

26,21

33,77

37,58

 tкип.

105

107

110

115

120

125



Температура кипения гидроксида натрия tкип = 113 0С

Температурная схема:

Температура охлаждающей воды: до охлаждения 10 0С - после 25 0С

Температура охлаждаемого раствора: до охлаждения 113 0С - после 35 0С

Δtб = 88 0С Δtм = 25,0 0С

Средняя разность температур:


Средняя температура раствора гидроксида натрия:

t2 = tн2- Δtср = 113 0С - 50,061 0С = 62,939 0С ≈ 63 0С

Объёмный расход раствора гидроксида натрия: V2=10 м3/час.

V2 =10/3600 м3/с, V2 =1/360 м 3/с; V2 = 0,0027778 м3/с.

Плотность раствора гидроксида натрия: (табл. IV) [1,с.512]:

t \ w

w=20%

w=30%

w=25%

t=100 0С

1170

1276

1223

t=120 0С

1155

1261

1208


tкип = 1130С; w=25%

ρ2 = 1208+(113 -100)• (1223 -1208)/20 =1217,75 ≈ 1218 кг/м3

Массовый расход раствора гидроксида натрия:

G2 = V2•ρ2 =(10•1217,75 )/3600=3,3826кг/с

Средняя удельная теплоемкость раствора гидроксида натрия (при 63 0С) [9, с.80]:

Элемент

Na

O

H

 Q (кДж/кг•К)

26,0

16,8

9,6


СNaOH =26,0 +16,8+9,6=1,31 кДж/кг•К

СNaOH =1,31 кДж/кг•К. Своды = 4,18 кДж/кг•К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Сраст = Своды •Хводы + СNaOH •ХNaOH = 4,18•0,75 +1,31•0,25 = 3,4625кДж/кг•К

Сраст = 3462,5 Дж/кг•К

Получаемое тепло от охлаждения раствора гидроксида натрия:

Q=G2C2(t-t)=3,3826•3462,5• (35 -113)= - 913556Дж/кг•К

Расход охлаждающей воды с учетом потерь холода в размере 5% теплоты:


V1 = G11 = 15,262/998 = 0,015293 м3/с.

Где С1 = 4,19 кДж/кг•К - удельная теплоёмкость воды (табл. XXXIX) [1, с.537].

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. По табл. 4.8. [1, с.172]: минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от жидкостей к жидкостям (подогреватели Кmin = 800 Вт/(м2•К)). При этом:

Fmax = Q/Kmin• Δtср = 913556/(800•50,061)=22,811м2

2. Ориентировочный выбор теплообменника

Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Раствор направим в трубное пространство, так как он даёт загрязнение, охлаждающую воду - в межтрубное пространство.

В теплообменных трубах Ø25 х 2 мм холодильников по ГОСТ 15120-79 скорость течения рассола для обеспечения турбулентного режима при Re2 > 10 000 должна быть более:


Нахождение динамического коэффициента вязкости раствора гидроксида натрия при t2 = 63 0С

Плотность растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры (табл. IV) [1, с.512]:

t 0С

60

80

63

Ρ кг/м3 при 30%

1303

1289

1301

Ρ кг/м3 при 20%

1196

1183

1194


Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IX) [1,с.516]:

t 0С

60

80

63

μ мПа• с 30%

3,4

2,16

3,214

μ мПа• с 20%

1,63

1,27

1,576

 - где xv1 и xv2 - объёмные доли компонентов смеси. Рассчитаем их:

m1 = m2,xv1•ρ1 = xv2•ρ 2,xv1•ρ1 = (1- xv1)•ρ 2

xv1+xv2 = 1;xv2 = 1-xv1;xv1•(ρ1 + ρ 2) = ρ2

xv2 = 1-xv1 = 1- 0,5214=0,4786

μ=2,084•10-3 Па•с

ρ= xv1•ρ1 + xv2•ρ 2,= 0,5214•1194 + 0,4786•1301=1245 кг/м3

Скорость течения, обеспечивающая объёмный расход раствора гидроксида натрия при Re2 > 10 000:

Проходное сечение трубного пространства при этом должно быть менее:

Кожухотрубчатый холодильник наименьшего диаметра 159 мм с числом труб 13 имеет Sт = 0,5•10-2 м2, согласно (табл. 4.12) [1, с.215]. Следовательно, турбулентное течение рассола можно обеспечить только в аппарате с меньшим сечением трубного пространства, то есть в теплообменнике «труба в трубе». Также рассмотрим одиночный кожухотрубчатый теплообменник и элементный (составленный из нескольких кожухотрубчатых аппаратов меньшей площади, соединённых последовательно). Теплообменник типа «труба в трубе».

Одноходовый теплообменник с числом труб n=37, наружный диаметр кожуха D=273 мм; Шестиходовый теплообменник с числом труб на один ход трубного пространства n =32,67 (общее число труб 196), наружный диаметр кожуха D=600 мм;

Вариант №1 Двухтрубчатый теплообменник.

Рассмотрим аппарат, изготовленный из труб 89×4 мм (наружная труба) и 57×3,5 мм (внутренняя труба).

Скорость раствора гидроксида натрия в трубах для обеспечения турбулентного течения должна быть более ω´2.

Нахождение динамического коэффициента вязкости раствора гидроксида натрия при t2 = 63 0С.

Плотность растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IV) [1, с.512]:

 t 0С

60

80

63

ρ кг/м3 при 30%

1303

1289

1301

ρ кг/м3 при 20%

1196

1183

1194


Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IX) [1, с.516]:

t 0С

60

80

63

μ мПа• с 30%

3,4

2,16

3,214

μ мПа• с 20%

1,63

1,27

1,576


 - где xv1 и xv2 - объёмные доли компонентов смеси. Рассчитаем их:

m1 = m2,xv1•ρ1 = xv2•ρ 2,xv1•ρ1 = (1- xv1)•ρ 2

xv1+xv2 = 1;xv2 = 1-xv1;xv1•(ρ1 + ρ 2) = ρ2

xv2 = 1-xv1 = 1- 0,5214=0,4786

μ=2,084•10-3 Па•с

ρ= xv1•ρ1 + xv2•ρ 2,= 0,5214•1194 + 0,4786•1301=1245 кг/м3

Примем n=2. Определим скорость и критерий Рейнольдса для рассола:

,

Где эквивалентный диаметр dэ =D - d = 0,081- 0,057=0,024 м.

Ø Коэффициент теплоотдачи для раствора гидроксида натрия.

λ 20%NaOH=0,550 Вт/м•К; λ30%NaOH =0,555 Вт/м•К - коэффициенты теплопроводности раствора гидроксида натрия при t2 = 20 0С [5, с.718]

λ=0,552 Вт/м•К

Отношение принято равным 0,99 (с последующей проверкой).

Коэффициент εl принят равным 1, пологая, L/d э>50 (табл. 4.3) [1,с.153]: Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ø  Коэффициент теплоотдачи для охлаждающей воды.

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 17,5 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

10

20

17,5

λ Вт/м•К

0,575

0,599

0,593


Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды в зависимости от температуры. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

17

18

17,5

μ•10-3 Па• с

1,083

1,056

1,0695


Отношение принято равным 1,01 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи.

Принимаю тепловую проводимость загрязнений со стороны охлаждающей воды:

 , со стороны раствора гидроксида натрия :   (табл. XXXI) [1, с.531].

λст=46,5 Вт/м•К Коэффициент теплопроводности стали (табл. XXVIII), [1,с.529].


Ø Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия . Для этого определим:

q = K• Δtср=1209•50,061 = 60524 Вт/м2

Δt2 = q/α2 = 60524/3442 = 17,58 0Сст2 = t2 - Δt2 = 62,94 - 17,58 = 45,36 0С ≈ 45 0С

Нахождение динамического коэффициента вязкости раствора гидроксида натрия при t2 = 45 0С.

Плотность растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IV) [1, с.512]:

t 0С

40

60

45

ρ кг/м3 при 30%

1316

1303

1313

ρ кг/м3 при 20%

1208

1196

1205

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IX) [1, с.516]:

t 0С

40

60

45

μ мПа• с 30%

6,3

3,4

5,575

μ мПа• с 20%

2,48

1,63

2,268


 - где xv1 и xv2 - объёмные доли компонентов смеси. Рассчитаем их:

m1 = m2,xv1•ρ1 = xv2•ρ 2,xv1•ρ1 = (1- xv1)•ρ 2

xv1+xv2 = 1;xv2 = 1-xv1;xv1•(ρ1 + ρ 2) = ρ2

xv2 = 1-xv1 = 1- 0,5214=0,4786

μ=3,185•10-3 Па•с

λ2 =0,552 Вт/м•К, С2 =3462,5Дж/кг•К

Отношение было принято равным 0,99.

Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для охлаждающей воды. Для этого определим:

q = K• Δtср=1209•50,061 = 60524 Вт/м2

Δt1 = q/α1 = 60524/8595 = 7,04 0Сст1 = t1 + Δt1 = 17,50 + 7,04 = 24,54 0С

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 24,5 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

20

30

24,54

λ Вт/м•К

0,599

0,618

0,603


Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды в зависимости от температуры (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

24

25

24,54

μ•10-3 Па• с

0,9142

0,8937

0,9189


С1=4,185 кДж/кг•К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Отношение было принято равным 1,01.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Дальнейшее уточнение не требуется, так как расхождение между К´ и К не превышает 5%.

q = K• Δtср=1173•50,061 = 58722 Вт/м2

р = Q/q = 913556/58722 =15,56 м2

С запасом 10%: Fр = 17,11 м2

Площадь поверхности теплообмена одного элемента длиной 6 м:

F1 = πdсрL = 3,14•0,0535•6 = 1,01 м2

N = Fр/n•F1 = 17,11/2•1,01 = 9 шт.

Вариант №2 Одноходовый теплообменник.

Ø Коэффициент теплоотдачи для раствора гидроксида натрия.

Уточняю значение для критерия Re2:

Критерий Прандтля для раствора гидроксида натрия при t2 = 63 0С:

С2=3462,5 кДж/кг•К, μ=2,084•10-3 Па•с, λ=0,552 Вт/м•К.

Отношение принято равным 0,99 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ø Коэффициент теплоотдачи для охлаждающей воды.

Уточняю значение для критерия Re1:

Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды в зависимости от температуры. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

17

18

17,5

μ•10-3 Па• с

1,083

1,056

1,0695


Коэффициент ε = 0,6. (табл. 4.5) [1, с.157]:

Отношение принято равным 1,01 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ø Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия. Для этого определим:

q = K• Δtср=1006•50,061 = 50361 Вт/м2

Δt2 = q/α2 = 50361/1988 = 25,34 0Сст2 = t2 - Δt2 = 62,94 - 25,34 = 37,6 0С.

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. VIII) [1, с.515]:

t 0С

30

40

37,6

μ мПа• с 25%

5,25

3,86

4,194


С2 = 3462,5 Дж/кг•К, μ = 4,194•10-3 Па•с, λ2 = 0,552 Вт/м•К.

Отношение было принято равным 0,99.

 

Ø Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для охлаждающей воды. Для этого определим:

q = K• Δtср=1006•50,061 = 50361 Вт/м2

Δt1 = q/α1 = 50361/9725 = 5,18 0Сст1 = t1 + Δt1 = 17,50 + 5,18 = 22,68 0С

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 22,68 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

20

30

22,68

λ Вт/м•К

0,599

0,618

0,604


Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды при t1 = 22,68 0С. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

22

23

22,68

μ•10-3 Па• с

0,9579

0,9358


С1=4,187 кДж/кг•К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Отношение было принято равным 1,01.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ø  Произведём дальнейшее уточнение, так как расхождение между α2´, α2 и К ´, К превышает 5%.

Ø Уточним значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия. Для этого определим:

q´ = K´• Δtср=922,4•50,061 = 46176 Вт/м2

Δt´2 = q´/α´2 = 46176/1686 = 27,39 0С´ст2 = t2 - Δt´2 = 62,94 - 27,39 = 35,55 0С.

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. VIII) [1, с.515]:

t 0С

30

40

35,55

μ мПа• с 25%

5,25

3,86

4,631


С2 = 3462,5 Дж/кг•К, μ = 4,631•10-3 Па•с, λ2 = 0,552 Вт/м•К.

Отношение было принято равным 0,8396.

 

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Дальнейшее уточнение не требуется, так как расхождение между α1´, α1 и α2´, α2 , и К ´, К´´ не превышает 5%.

q´´´ = K´´´• Δtср=909,9•50,061 = 45551 Вт/м2

р = Q/q = 913556/45551 = 20,06 м2

С запасом 10%: Fр = 22,06 м2

Площадь поверхности теплообмена одного элемента длиной 3 м: F1 = 3 м2

N = Fр/n•F1 = 22,06/3 = 8 шт.

Из расчёта следует , что дальнейшее уменьшение скорости рассола приведёт к ещё большему снижению коэффициента К и росту поверхности теплопередачи. Однако, учитывая то обстоятельство, что в более крупных аппаратах расход металла на единицу площади теплообмена меньше, чем в мелких аппаратах, выполним расчёт более крупного аппарата. При течении раствора NaOH в ламинарном режиме коэффициент теплопередачи будет ниже, чем при переходном режиме, и с уменьшением скорости увеличивается возможность отложения загрязнений на поверхности теплообмена. Поэтому попытаемся подобрать аппарат с переходным режимом течения раствора NaOH.

Минимальная скорость течения, обеспечивающая объёмный расход раствора гидроксида натрия при Re2 >2320:

Максимальное число труб Ø25 х 2 мм, обеспечивающих объёмный расход раствора гидроксида натрия при Re2 >2320 :

Двухходовые аппараты с наружным диаметром кожуха 325 мм согласно (табл. 4.12) [1, с.215] с длиной труб 4 метра потребуется минимум два. Шестиходовый аппарат с внутренним диаметром кожуха равным 600 мм согласно (табл. 4.12) [1, с.215] имеет незначительно большее трубное проходное сечение, а межтрубное в значительно мень-шей степени оказывает влияние на коэффициент К. Поэтому может быть целесообразно применение шестиходового аппарата, так как он потребуется только один.

Вариант №3: Шестиходовый теплообменник.

Ø Коэффициент теплоотдачи для раствора гидроксида натрия.

n I =196/6=32,667 Δtб = 88 0С Δtм = 25 0С

Уточняю значение для критерия Re2:


 

Средняя разность температур: Δtср = 45,49 0С

Средняя температура раствора гидроксида натрия:

t2 = tн2- Δtср = 113 0С - 45,49 0С = 67,51 0С ≈ 67,5 0С

Нахождение динамического коэффициента вязкости раствора гидроксида натрия при t2 = 67,5 0С

Плотность растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IV) [1, с.512]:

t 0С

60

80

67,5

Ρ кг/м3 при 30%

1303

1289

1298

Ρ кг/м3 при 20%

1196

1183

1191


Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. IX) [1,с.516]:

t 0С

60

80

67,5

μ мПа• с 30%

3,4

2,16

2,934

μ мПа• с 20%

1,63

1,27

1,495


xv2 = 1-xv1 = 1- 0,5214=0,4786

 μ=1,954•10-3 Па•с

Критерий Прандтля для раствора гидроксида натрия при t2 = 67,5 0С:

С2=3462,5 кДж/кг•К, μ=1,954•10-3 Па•с, λ=0,552 Вт/м•К.

Отношение принято равным 0,99 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ø Коэффициент теплоотдачи для охлаждающей воды.

Уточняю значение для критерия Re1:

Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды в зависимости от температуры. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

17

18

17,5

μ•10-3 Па• с

1,083

1,056

1,0695

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 17,5 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]

t 0С

10

20

17,5

λ Вт/м•К

0,575

0,599

0,593


Коэффициент ε = 0,6. (табл. 4.5) [1, с.157]:

 

Отношение принято равным 1,01 (с последующей проверкой).

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи.

Ø Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия. Для этого определим:

q = K• Δtср=509,1• 45,49 = 23159 Вт/м2

Δt2 = q/α2 = 23159/843,2 = 27,47 0Сст2 = t2 - Δt2 = 62,94 - 27,47 = 35,47 0С ≈ 35,5 0С.

Динамические коэффициенты вязкости растворов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. VIII) [1, с.515]:

t 0С

30

40

35,5

μ мПа• с 25%

5,25

3,86

4,625


С2 = 3462,5 Дж/кг•К, μ = 4,625•10-3 Па•с, λ2 = 0,552 Вт/м•К.

Отношение было принято равным 0,99.

 

Ø  Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для охлаждающей воды. Для этого определим:

q = K• Δtср=509,1• 45,49 = 23159 Вт/м2

Δt1 = q/α1 = 23159/2561 = 9,04 0С

tст1 = t1 + Δt1 = 17,50 + 9,04 = 26,54 0С

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 26,54 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

20

30

26,54

λ Вт/м•К

0,599

0,618

0,611


Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды при t1 = 26,54 0С. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

26

27

26,54

μ•10-3 Па• с

0,8737

0,8545

0,8747


С1=4,183 кДж/кг•К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Отношение было принято равным 1,01.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Ø  Произведём дальнейшее уточнение, так как расхождение между α2´, α2 и К ´, К превышает 5%.

Ø  Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для раствора гидроксида натрия. Для этого определим:

q = K• Δtср= 451,2• 45,49 = 20525 Вт/м2

Δt2 = q/α2 = 20525/843,2 = 29,90 0Сст2 = t2 - Δt2 = 62,94 - 29,90 = 33,04 0С ≈ 33 0С.

Динамические коэффициенты вязкости растворовов гидроксида натрия в зависимости от температуры. (табл. VIII) [1, с.515]:

t 0С

30

40

33

μ мПа• с 25%

5,25

3,86

4,833


С2 = 3462,5 Дж/кг•К, μ = 4,833•10-3 Па•с, λ2 = 0,552 Вт/м•К.

Отношение было принято равным 0,8063.

 

Проверим принятое значение коэффициента теплоотдачи для охлаждающей воды. Для этого определим:

q´ = K´• Δtср=451,2• 45,49 = 20525 Вт/м2

Δt´1 = q´/α´1 = 20525/2688 = 7,64 0С´ст1 = t1 + Δt´1 = 17,50 + 7,64 = 25,14 0С

Коэффициенты теплопроводности воды при t1 = 25,14 0С. (табл. XXXIX) [1,с.537]:

t 0С

20

30

25,14

λ Вт/м•К

0,599

0,618

0,609


Динамические коэффициенты вязкости охлаждающей воды при t1 = 26,54 0С. (табл. VI) [1, с.514]:

t 0С

25

26

25,14

μ•10-3 Па• с

0,8937

0,8737

0,8909


С1=4,183 кДж/кг•К. (табл. XXXIX) [1, с.537].

Отношение было принято равным 1,0599.

Таким образом, коэффициент теплоотдачи:

Дальнейшее уточнение не требуется, так как расхождение между α1´, α1 и α2´, α2 , и К ´, К´´ не превышает 5%.

q´´ = K´´• Δtср=447,5• 45,49 = 20357 Вт/м2

р = Q/q´´ = 913556/20357 = 44,88 м2

В виду отсутствия в переходном режиме надёжных формул для критерия Нуссельта введём дополнительный запас 10% получим Fр = 49,37 м2.

Площадь поверхности теплопередачи одного аппарата с трубами L = 4 м (табл. 4.12) [1, с. 215]: составит 61 м2.

Запас поверхности составляет при этом:

F-Fр/ Fр = 61 - 49,37/49,37 = 23,6 %

Запас площади поверхности теплообмена достаточен.

3. Расчет гидравлических сопротивлений

3.1 Двухтрубчатый теплообменник


Расчет гидравлического сопротивления двухтрубчатого теплообменника произво-дится по формулам, приведенным ниже:

Скорость жидкости в трубах:

Коэффициент трения рассчитывается по формуле:


Где е - высота выступов шероховатостей (принимаю е = 0,2 ∙ 10 -3 м)

Диаметр штуцеров к распределительной камере dтр.ш = 0,1 м. (таб. II.8.)

Скорость раствора гидроксида натрия в штуцерах:

В трубном пространстве местные сопротивления: вход в теплообменник и выход из неё, пять поворотов на 1800 и по шесть раз вход в трубы и выход из них.

Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно:

А180 = 1,40 , В2 = 0,15; АВ = 0,21. (табл. XIII) [1, с.521].


3.2 Шестиходовый теплообменник

 

Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубчатых теплообменников производится по формулам, приведенным ниже.

Скорость жидкости в трубах:

Коэффициент трения рассчитывается по формуле:


Где е - высота выступов шероховатостей (принимаю е = 0,2 ∙ 10 -3 м)

Диаметр штуцеров к распределительной камере dтр.ш = 0,1 м. (таб. II.8.)

Скорость раствора гидроксида натрия в штуцерах:

В трубном пространстве местные сопротивления: вход в камеру и выход из неё, восемь поворотов на 1800 и по девять раз вход в трубы и выход из них.

Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно:

ρ= xv1•ρ1 + xv2•ρ 2,= 0,5214•1191 + 0,4786•1298=1242 кг/м3

Вывод

гидроксид натрия раствор теплообменник

Целью данной курсовой работы было подобрать теплообменник для охлаждения раствора гидроксида натрия с концентрацией 25%, по массе. Раствор поступает в аппарат после выпаривания. Нами были рассмотрены несколько вариантов подходящих по площади поверхности и по числу труб, обеспечивающих объёмный расход при турбулентном и переходном течении жидкости, теплообменников. Одноходовый теплообменник обеспечивающий течение раствора гидроксида натрия в переходном режиме имеет малую поверхность теплообмена. Для обеспечения необходимой площади поверхности их потребуется семь, а это влечет за собой высокую металлоёмкость. Двухтрубчатый теплообменник является наиболее простым, но обладает очень высоким сопротивлением которое составляет 18009 Па. У шестиходового кожухотрубчатого теплообменника сопротивление равно 3407 Па, что в 5,3 раза ниже. Вместе с тем теплообменник типа «труба в трубе» более громоздок, чем кожухотрубчатые, и требуют большего расхода металла на единицу поверхности теплообмена. Поэтому эти теплообменники использовать не рационально.

Таким образом, поставленная задача решается применением шестиходового кожухотрубчатого теплообменника принимаемого с учётом всех факторов (гидравлического сопротивления, площади поверхности теплообмена, металлоёмкости, окончательной цены аппарата).

Но наиболее полно оптимизировать весь технологический процесс можно, если рассматривать отдельные его стадии не отдельно друг от друга, а считая их единым целым. Начальная температура охлаждающей воды может различаться в зависимости от сезона, а получаемое тепло от охлаждения раствора гидроксида натрия можно, также использовать в производстве. В результате, сложность вычислений заметно усложняется, но применение современной вычислительной техники позволяет и в этом случае оптимизировать технологический процесс.

Список использованных источников

 

1.    Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987, 576 с.

2.      Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Курсовое проектирование. - М.: Химия, 1991, 462 с.

.        Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973, 750 с.

.        Справочник химика. - М. - Л.: Госхимиздат, 1963, Т.1, 1071 с.

.        Справочник химика. - М. - Л.: Госхимиздат, 1965, Т.3, 1008 с.

.        Кувшинский М.Н. Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету "процессы и аппараты химической промышленности". - М.: Высшая школа, 1980, 223 с.

.        Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: в 2 кн - М.: Химия, 1995.

.        Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: учебник: в 2 кн. / В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носков и др. Под ред. В.Г. Айнштейна. М.: Логос; Высшая школа, 2003.

.        Физическая химия. Под ред. Стромберг А.Г. М.: - Высшая школа, 1988, 496 с.

Похожие работы на - Теплообменник для охлаждения раствора NaOH

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!