Расчет установки для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты

Расчет установки для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технической политики и образования

ФГБОУ ВПО

Красноярский государственный аграрный университет

Институт пищевых производств.

Кафедра технологии оборудования бродильных и пищевых производств

Курсовой проект

на тему:

Расчет установки для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты

Выполнила: Грехова О.В.

Студентка группы ТЗ-41

Проверила: к.х.н. доцент

Ченцова Л.И.

Красноярск 2012 г.

Реферат

Курсовой проект содержит 22 стр, 1 рисунка, 2 таблицы, 5 источников литературы и 2 листа графической части.

Объектом исследования является горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник. В трубном пространстве шестиходового кожухотрубчатого теплообменника охлаждается жидкость от температуры t_н t_к. Расход охлаждаемой жидкости G. Охлаждающая вода нагревается от температуры t_в.н до t_в.к. Диаметр шахматно-расположенных труб 25х2 мм.

Цель работы - рассчитать и подобрать кожухотрубчатый теплообменник для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты 70%

В результате проделанной работы рассчитан и подобран шестиходовой теплообменник.

Содержание

Введение

1. Физико-химические свойства исходного сырья

2.      Технологическая схема

.        Технологические расчеты

3.1 Расчет конденсатора

3.2    Расчет теплообменного аппарата

Заключение

Библиографический список

Введение

Конденсатор - устройство, предназначенное для получения нужных величин электрической емкости и способное накапливать (перераспределять) электрические заряды.Электрический конденсатор состоит из двух (иногда более) подвижных или неподвижных проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком. Обкладки должны иметь такую геометрическую форму и быть так расположены друг относительно друга, чтобы созданное ими электрическое поле было сосредоточено в пространстве между ними. Как правило, расстояние между обкладками, равное толщине диэлектрика, мало по сравнению с линейными размерами обкладок. Поэтому электрическое поле, возникающее при подключении обкладок к источнику с напряжением , практически полностью сосредоточено между обкладками. При этом частичные собственные емкости электрических обкладок пренебрежимо малы.

Таким образом, конденсатором называют систему, состоящую, как правило, из двух разноименно заряженных проводников, при этом заряд, который надо перенести с одного проводника на другой, чтобы зарядить один из них отрицательно, а другой положительно, называется зарядом конденсатора.

Теплообменник, теплообменный аппарат - устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя <#"793326.files/image001.jpg">

Рис. 1. Технологическая схема:

E2 - емкости;

К - конденсатор;

Х - холодильник;

Н - насос;

Д - диафрагма;

3. Технологические расчеты

Таблица 1

Основные характеристики теплообменников ТН и ТК и холодильников ХН и ХК с трубами 25х2 мм (ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79, 15122-79)

Таблица 2

Поверхность теплообмена (по dнар) испарителей ИН и ИК и конденсаторов КН и КК с требами 25х2 мм по ГОСТ 15119-79

.1 Расчет конденсатора

Рассчитать и подобрать конденсатор для конденсации паров уксусной кислоты количества пара, поступающего на конденсацию 2,6кг /с. Температура конденсации уксусной кислоты tı = 103⁰С. В качестве охлаждающего агента используют воду. Начальная и конечная температуры воды н =18⁰С ,к =38⁰С.

Температурная схема процесса

-103;

-18;

△t_б=85; △t_м=65.

Так как соотношение △t_б /△t_м =65/85 = 1.3 меньше 2,среднюю разность температур теплоносителей рассчитываем по формуле

△t_ср =  = 75⁰С

Средняя температура воды равна

 = 103- 75 = 28 ⁰С

Количества тепла, отнимаемое водой в конденсаторе, рассчитываем по уравнению

 = G_{1 *} ı

Где ı -удельная теплота конденсации уксусной кислоты ( табл. 1)

.6 * 1277.0 =3320.2 Вт * 10 ³

Расход воды определяется по формуле

Где  - удельная теплоемкость воды при температуре

Ориентировочно определяем мах величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося пара органической жидкости к воде К_мин=300 Вт/м ² * К. При этом

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

где = 0,8*10^-3 Па*с - динамический коэффициент вязкости воды при 78⁰С;

 = 995 кг/ см³ - плотность воды при 75 ⁰С;

- внутренний диаметр труб, м.

Число труб диаметром 25х2мм, обеспечивающих объемный расход воды при Re10000

Где  - объемный расход воды,  = /  = 15.8 / 995 = 0.015м³ /с.

Условию n > 50 и F< 311. 2 м² удовлетворяет двухходовой теплообменник, с общим число труб 754, на 1 ход 377/2=188.5

Расчет коэффициента теплоотдачи для воды.

Уточняем значение критерии Re₂

Re₂=10000

Критерий Прандтля для воды при = 28⁰С.

P₂ = c₂ */ = 4190 * 0.8 *  / 0.65= 5

Где  =0,65 Вт/ м * К - коэффициент теплопроводности при = 28⁰С

Критерий Нуссельта для турбулентного режима рассчитывается по формуле

^0,25

Отношение ^0,25 для нагревающейся жидкости принимаем = 1

Таким образом,

Nu₂=0.021*2652.5^0,8*5^0,43*1=21.8

Коэффициент теплоотдачи  равен

Вт/м²*К

=21.8*0.65/0.021=674.7 Вт/м²*К

Коэффициент теплоотдачи ₁ при конденсации паров уксусной кислоты на пучке горизонтальных труб рассчитывается по формуле

Где  теплопроводность уксусной кислоты 70%; при = 103⁰С;

p₁ - плотность уксусной кислоты;ı- удельная теплота конденсации паров уксусной кислоты (табл. 2)

 - динамический коэффициент вязкости уксусной кислоты при = 103⁰С;

 = - t , принимаем равной 2⁰С;

d - наружный диаметр трубы;

 - коэффициент, зависящий от расположения труб в пучке и числа рядов по вертикали, = 1.

Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны воды 1/r_загр.1≈2900 Bт/м²*К, со стороны паров уксусной кислоты 70% 1/ r_загр.2≈5800 Bт/м²*К (таблица Б15). Коэффициент теплопроводности стали λ_ст=25.1 Bт/м²*К. Тогда

шестиходовый теплообменник уксусный конденсация

 = 2127.6 Bт/м²*К

Коэффициент теплопередачи равен

Bт/м²*К

К= =666.6 Bт/м²*К

Расчетная площадь поверхности теплообмена

м²

= 60 м²

К установке принимаем двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью 76 м² , диаметром кожуха  мм, число труб на один ход 122, общее число труб 244,длина труб 4 м. (таблицаБ13)

.2 Расчет теплообменного аппарата

Рассчитать горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник для охлаждения уксусной кислоты 70%. Охлаждающий агент-вода.

Начальная и конечная t уксусной кислоты 70%

н =103⁰С; к =30⁰С

н =18⁰С; к=38⁰С

Индекс (1) для горячего теплоносителя (уксусной кислоты ) индекс (2) для холодного теплоносителя (вода). Определяем расход теплоты и расход холодной воды.

Температурная схема

-30;

-18;

△t_б=65; △t_м=12

Средняя разность температур рассчитывается по уравнению

△t_ср =  = 21.4

Средняя температура уксусной кислоты

Средняя температура воды

 =  - △t_ср = 66.5 - 21.4 =45.1⁰С

Количество теплоты, отнимаемой от уксусной килоты с учетом потерь тепла в размере 5% равно

Q=1,05*G1*c1*(t1н-t1к) =1.05 *2.6* 2840 * (103 - 30) = 565983.6 Вт.

Где С₁= 2840 Дж/кг К - средняя удельная теплоемкость уксусной кислоты (таблица А8)

где с₂-4190 Дж/кг К удельная теплоемкость уксусной кислоты

Определение объемных расходов воды и уксусной кислоты

где =1026 кг/м³- плотность пива жигулевского при 66.5⁰С

Объемный расход воды равен

где  = 992 кг/м³ - плотность воды при t = 45.1⁰C

Подбор теплообменных аппаратов. Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. Минимальное значение коэффициента теплоотдачи для случая теплообмена от жидкости к воде К_мин = 500 Вт/м³*К. При этом:

Для обеспечения турбулентного течения воды при Re₂10000, скорость в трубах должна быть больше

где = 0,549*10^-3 Па*с - динамический коэффициент вязкости воды при t 45.1⁰С

Число труб диаметром 25х2мм, обеспечивающих объемный расход воды при Re10000

Условно n < 74.4 и F < 102 м² удовлетворяет шести ходовой теплообменник, диаметром корпуса 800 мм с числом труб на 1 ход трубного пространства n=384/6=64

Уточняем значение критерии Re₂

Re₂=10000

Для переходного режима вид критериального уравнения определяется по:

^0,25

 0.021 * 1584.8*1.6*1 = 53.2

Отношение ^0,25 принимаем =1

Критерий Pr₂

=

где =0.63 Вт/м*К, коэффициент теплопроводности воды

Коэффициент теплоотдачи

Расчет коэффициента теплоотдачи₁

Уксусная кислота 70% перемещается в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника с сегментными поперечными перегородками. Для данного случая теплообмена при Re₂1000 для шахматных пучков критерий Нуссельта рассчитывается по формуле

^0,25

Определяющая температура - средняя температура жидкости, определяющий размер - наружный диаметр трубы.

Расчетная скорость потока.

где - площадь проходного сечения межтрубного пространства между перегородками, м²

Критерий Рейнольдса равен

Критерий Pr₁

где = 0.1624 Вт/м*К-коэффициент теплопроводности уксусной кислоты 70% при 66.5⁰С

 = 0.14* 1.16 = 0.1624

Критерий Нуссельта рассчитывается по формуле

^0,25

Nu₁=0,4*0,6*554.3^0,6*507.1^0,36*0,93=92.7

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи

где  - коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке,

Термическая проводимость стенки равна

где - термическое сопротивление стенки и загрязнений .

Коэффициент теплопередачи равен

Расчетная площадь поверхности теплопередачи

К установке принимаем D=800мм; число труб 384; длина труб=2м.

Заключение

Конденсатор: к установке принимаем двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью 76 м², диаметр кожуха  мм, общее число труб 244, числом труб на один ход 122, длина труб 4 м.

Холодильник: к установке принимаем холодильник шестиходовой F = 60; D = 800мм; число труб 386; длина труб = 2 м

Библиографический список

1. Процессы и аппараты пищевых производств, методические указания. Красноярск 2009 г.

. Ченцова Л.И, Шайхутдинова М.Н. Процессы и аппараты химической технологии. Красноярск 2006 г.

. Ченцова Л.И, Шайхутдинова М.Н. Процессы и аппараты пищевых производств, учебное пособие. Красноярск 2006 г.

. К.Ф. Павлов; П.Г. Романков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, 1987 г.