Предварительный расчет теплообменника
Содержание
1. Введение
. Тепловое загрязнение окружающей
среды
. Основы теплопередачи
4. Описание продукта. Натрий едкий 30%
. Практическая часть. Ориентировочный расчет
.1 Технологическая схема установки сточной воды
5.2 Схема движения теплоносителей
.3 Физико-химические
характеристики теплоносителя
.4 Тепловая
нагрузка
.5 Расчет
расхода греющего пара
.6 Расчет
поверхности теплообменника
.7 Выбор
теплообменника
.8
Определение режима движения
.9
Теплоотдача при развитом турбулентном течении в трубах и каналах
Вывод
Приложение
1. Введение
Существует неразрывная взаимосвязь и взаимозависимость условий
обеспечения теплоэнергопотребления и загрязнения окружающей среды.
Взаимодействие этих двух факторов жизнедеятельности человека и развитие
производственных сил привлекает постепенное внимание к проблеме взаимодействия
теплоэнергетики и окружающей среды.
На ранней стадии развития теплоэнергетики основным проявлением этого
внимания был поиск в окружающей среде ресурсов, необходимых для обеспечения
теплоэнергопотребления и стабильного теплоэнергоснабжения предприятий и жилых
зданий. В дальнейшем границы проблемы охватили возможности более полного
использования природных ресурсов путём изыскания и рационализации процессов и
технологии, добычи и обогащения, переработки и сжигания топлива, а также
совершенствования теплоэнергетических установок.
С ростом единичных мощностей блоков, теплоэнергетических станций и
теплоэнергетических систем, удельных и суммарных уровней
теплоэнергопотребления, возникла задача ограничения загрязняющих выбросов в
воздушный и водный бассейны, а также более полного использования их
естественной рассеивающей способности.
На современном этапе проблема взаимодействия теплоэнергетики и окружающей
среды приобрела новые черты, распространяя своё влияние на огромные территории,
большинство рек и озёр, громадные объемы атмосферы и гидросферы Земли.
Ещё более значительные масштабы развития теплоэнергопотребления в
обозримом будущем предопределяют дальнейший интенсивный рост разнообразных
воздействий на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах.
Важнейшей стороной проблемы взаимодействия теплоэнергетики и окружающей
среды в новых условиях является всё более возрастающее обратное влияние определяющая роль условий окружающей среды в решении практических
задач теплоэнергетики (выбор типа теплоэнергетических установок, дислокация
предприятий, выбор единичных мощностей энергетического оборудования и многое
другое). [3]
.
Тепловое загрязнение окружающей среды
Тепловое загрязнение - нагревание воды, воздуха или
почвы в результате попадания в окружающую среду тепловых отходов предприятий
топливно-энергетического комплекса.
Развитие теплоэнергетики оказывает воздействие на
различные компоненты природной среды: на атмосферу (потребление кислорода воздуха
(О2), выбросы газов, паров, твёрдых частиц), на гидросферу (потребление воды,
переброска стоков, создание новых водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых
вод, жидких отходов), на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение
водного баланса, изменение ландшафта, выбросы на поверхности и в недра твёрдых,
жидких и газообразных токсичных веществ).
В настоящее время это воздействие приобретает
глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты.
Важнейшими факторами функционирования окружающей среды является живое вещество
биосферы, которое играет существенную роль в естественном круговороте почти
всех веществ. Однако в большинстве процессов мы не можем проследить прямых
воздействий теплоэнергетики на живое вещество, но должны учитывать это влияние
в результате воздействия на отдельные компоненты окружающей среды и животный
мир, где воздействие теплоэнергетики складывается со всеми другими
антропогенными воздействиями.
Взаимодействие теплоэнергетики и окружающей среды
происходит во всех стадиях иерархии топливно-энергетического комплекса: добыче,
переработке, транспортировке, преобразование и использование тепловой энергии.
Это взаимодействие обусловлено как способами добычи, переработки и
транспортировки ресурсов, связанных с воздействием на структуру и ландшафты
литосферы, потребление и загрязнение вод морей, озёр, рек, изменением баланса
грунтовых вод, выделением теплоты, так и использованием тепловой энергии от
источников. [1]
.
Основы теплопередачи
К тепловым
процессам относятся процессы нагревания, охлаждения, испарения и конденсации.
Аппаратура, предназначенная для проведения этих процессов, называется тепловой,
или теплоиспользующей, аппаратурой.
Нагревание - это повышение температуры
перерабатываемых материалов путем подвода к ним тепла.
Охлаждение - понижение температуры перерабатываемых
материалов путем отвода от них тепла.
Испарение - перевод в парообразное состояние
какой-либо жидкости путем подвода к ней тепла. Частным случаем испарения
является весьма широко распространенный в химической технике процесс
выпаривания, т.е. концентрирования при нагревании растворов твердых нелетучих
веществ путем удалении жидкого летучего растворителя в виде паров.
Конденсация - сжижение паров какого-либо вещества
путем отвода от них тепла.
В тепловых процессах взаимодействуют не менее чем дне
среды с различными температурами, при этом тепло передается самопроизвольно
(без затраты работы) только от среды с большей температурой к среде с меньшей
температурой.
Среда с более высокой температурой, отдающая при
теплообмене тепло, называется теплоносителем. Среда с более низкой
температурой, воспринимающая при теплообмене тепло, называется холодильным
агентом (хладоагентом).
В химической технике приходится осуществлять тепловые
процессы при самых различных температурах - от близких к абсолютному нулю до
нескольких тысяч градусов. Для каждого конкретного процесса, протекающего в
определенном интервале температур, подбираются наиболее подходящие
теплоносители и хладоагенты. Выбранные теплоносители и хладоагенты должны быть
вполне химически стойкими в рабочих условиях процесса, не давать отложений на
стенках аппаратов, не вызывать коррозии аппаратуры и легко транспортироваться
по трубам.
Процессы переноса теплоты часто сопутствуют другим
технологическим процессам: химического взаимодействия; разделения смесей и т.д.
Основной характеристикой любого теплового процесса
является количество передаваемого в процессе тепла; от этой величины зависят
размеры тепловой аппаратуры. Основным размером теплового аппарата является
теплопередающая поверхность, или поверхность теплообмена.[4]
. Описание продукта. Натрий едкий 30%
теплопередача пар натрий сточный
Каустическая сода - самая распространённая щёлочь,
объемы производства и потребления которой в год составляют до 57 миллионов.
Чистый гидроксид натрия NаОН представляет собой белую
непрозрачную массу, жадно поглощающую из воздуха водяные пары и углекислый газ.
Существуют две модификации безводного едкого натра -α-NаОН с ромбической формой кристаллов и β-NаОН с кристаллами кубической формы. С водой NаОН
образует ряд кристаллогидратов: NaOH*H2O, где n = 1, 2, 2,5, 3,5, 4,
5,25 и 7.
Температура плавления = 323 гр. С, температура
кипения = 1403 гр. С.
Плотность = 2,02 г/см3.
Класс опасности
Едкий натр представляет собой едкое вещество. При
попадании на кожу вызывает химические ожоги, а при длительном воздействии может
вызывать язвы и экземы. Сильно действует на слизистые оболочки. Опасно
попадание едкого натра в глаза. Предельно допустимая концентрация аэрозоля
едкого натра в воздухе рабочей зоны производственных помещений (ПДК) - 0,5
мг/м3.
Каустическая сода пожаро- и взрывобезопасна,
относится к вредным веществам 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.
Упаковка, транспортировка, хранение
Технический едкий натр транспортируют
железнодорожным, автомобильным, водным транспортом в крытых транспортных
средствах в упаковке и наливом в железнодорожных и автомобильных цистернах в
соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде
транспорта. Железнодорожным транспортом продукт перевозят в бочках, барабанах,
ящиках повагонно. Технический едкий натр, предназначенный для медицинской
промышленности и производства искусственного волокна, по требованию потребителя
транспортируют в железнодорожных цистернах с котлами из нержавеющей стали или
гуммированными, принадлежащих потребителю или изготовителю.
Цистерны заполняют едким натром до полной вместимости
с учетом объемного расширения продукта при возможном перепаде температур в пути
следования. Перед заливом цистерн с остатком раствора едкого натра должен быть
проведен анализ остатка на соответствие требованиям настоящего стандарта. Если
анализ остатка соответствует требованиям настоящего стандарта, то цистерну
заполняют продуктом; если анализ остатка не соответствует требованиям
настоящего стандарта, то остаток удаляют, а цистерну промывают.
Технический едкий натр, упакованный в
специализированные контейнеры, транспортируют только автомобильным транспортом.
Продукт, упакованный в бочки, барабаны и ящики, транспортируют
в пакетированном виде по ГОСТ 26663, ГОСТ 24957, ГОСТ 21650, ГОСТ 21140, на
поддонах по ГОСТ 9557 и ГОСТ 26381.
Раствор технического едкого натра хранят в закрытых
емкостях из материала, стойкого к щелочам.
Применение
Едкий натр находит широкое применение в самых
разнообразных отраслях промышленности и для бытовых нужд.
В химической и нефтехимической промышленности (на их
долю приходится около 57% суммарного объема российского потребления NaOH)- для
нейтрализации кислот и кислотных оксидов, как реагент или катализатор в
химических реакциях, в химическом анализе для титрования, для травления
алюминия и в производстве чистых металлов, в нефтепереработке - для
производства масел.
Каустик применяется в целлюлозно-бумажной
промышленности для делигнификации (сульфатный процесс) целлюлозы, в
производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волоконных плит.,
Для омыления жиров при производстве мыла, шампуня и
других моющих средств.
В производстве биодизельного топлива, получаемого из
растительных масел и используемого для замены обычного дизельного топлива.
В качестве агента для растворения засоров
канализационных труб, в виде сухих гранул или в составе гелей. Гидроксид натрия
дезагрегирует засор и способствует лёгкому продвижению его далее по трубе.
Дегазации и нейтрализации отравляющих веществ, в том
числе зарина, в ребризерах (изолирующих дыхательных аппаратах (ИДА), для
очистки выдыхаемого воздуха от углекислого газа).
В пищевой промышленности: для мытья и очистки фруктов
и овощей от кожицы, в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого,
окрашивания карамели, для размягчения маслин и производстве хлебобулочных
изделий. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E524.
В цветной металлургии, энергетике, в текстильной
промышленности, для регенерации резины.[5]
. Практическая часть. Ориентировочный
расчет
5.1 Технологическая схема установки сточной воды
Рисунок 1 - Технологическая схема
5.2
Схема движения теплоносителей
оС
NaOH 85oС
.3 Физико-химические характеристики теплоносителя
Раствор NaOH (30%)
ρ=1310 ;
μ= 5,5*10-3 Па*с;
с = 0,768 ; с=0,768*4190=3217,92 ;
λ= 0,470 ;
λ= 0,470*1,16=0,54 ;
Греющий пар
р=1,4 атм;пара= 110оС;= 2230,0 ;
ρ= 0,826 ;
μn= 12,46*106 Па*с;
Конденсатконд=tпара=110оС;
ρ= 951,0 ;
μ= 259*106 Па*с;
λ=68,5*102 ;
5.4 Тепловая нагрузка
Qполез=G*c(tк-tн) - полная тепловая
нагрузка;
Qполез=*3217,92*(85-25)=5361698,3 Дж;
Полное тепло с учетом тепловых потерьполн=1,1 Qполез;полн=1,1*5361698,3=5897868,13
Дж;
.5 Расчет расхода греющего пара
D= =2404,34 ;
.6 Расчет поверхности теплообменника
∆tбольш=tконд-tн=110-25=85оС;
∆tменшь=tпар-tконд=110-85=250С;
=3,4;
∆tср= = 50oC;
F - поверхность теплопередачи;
F= =235,9 м2;
K - коэффициент теплопередачи от пара конденсата к воде;
Принимаем К=500 ;
.7 Выбор теплообменника
Длина трубы Н - 6 м;кожуха -
800 мм= 0,8м;труб - 20*2 мм=0,002м;внутренний - 16 мм= 0,016м;
Число ходов - 2;
Общее число труб n - 690 шт.;
Площадь сечения потолка 102
м2:
· в вырезе перехода - 6,9;
· между перегородками - 7,0;
Площадь сечения одного хода
по трубам - 6,9 м2;
Поверхность теплообмена -
260м2;
.8 Определение режима
движения
K= ;
α1 -
коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору;
При расчете α1:
Re= ;
= ;= = 0,
00000031 м2;= = = 0, 21 ;
= =1 ;= =13810, 9;> 10000 - режим движения турбулентный;
.9 Теплоотдача при развитом
турбулентном течении в трубах и каналах
Nu=0,012*εi * Re0,8*Pr0,43*(
)0,29;
= = =32,41;
εi =1;
( ) =1;=0,021*1*13810,90,8*32,410,43*10,29=192,19;=
= = =655, 84 ;
Теплопередача от конденсата к
стенке трубы зависит от режима движения пленки конденсата по наружной
поверхности трубы.
Re=;
Г - расход конденсата,
который образуется на 1 м2 поверхности теплообмена.
Г= = =0,053;
Re= =818;
< Re < 30 - ламинарный
режим движения пленки;
=0,756* Re-0,22;
=0,756*(818)-0,22;
α2[0,063*10-12]0,33=0,166*68,5*10-2;
α2*0,00004=0,11
α2= =2750 ;
K= ;= ;
R1=0.5*10-4
;2=5,4*10-4 ;
δ=2
мм= 0,002м;
λ=
15,08 ;= =
666,66;
К=666,66;
Вывод
Подобранный по
предварительному расчету теплообменник отвечает условиям (К > 500) и
подходит для нашей установки.
1. Мавривцев
В.В. Основы экологии: Учебник/ В.В. Маривцев - Высш. школа, 2003.-416с.;
. [www.wikipedia.ru]
23.03.2013;
. [www.yaneuch.ru]
23.03.2013;
. [www.allbest.ru]
23.03.2013;
. [www.himtrade.ru]
23.03.2013;
Приложение
Схема теплообменника
А - вход в трубную решетку;
Б - выход из межтрубного пространства;
В - вход в межтрубное пространство;
Д - выход их трубной решетки;