ald.octowypod, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS


KADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA

im. J.J. ŚNIADECKICH

w Bydgoszczy

0x08 graphic

PROJEKT NR 2

0x08 graphic

0x08 graphic
WYMIENNIK CIEPŁA

SŁUŻĄCY DO PODGRZEWANIA n-HEPTANU

T1[0C] = 25 T2[0C] = 50

p[MPa] = 0,5 GA[t/h] = 7,8

Wykonała:

Targaczewska Joanna

Technologia Chemiczna

III Rok

Bydgoszcz 2001

Spis treści.

1. Bilans cieplny 4

2. Obliczanie powierzchni wymiany ciepła 4

3.Określenie liczby rurek i średniej prędkości przepływu płynu 4

4.Obliczanie liczby Re,Pr,Nu i współczynnika wnikania ciepła α 5

5. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła K 6

6. Obliczanie długości rurek 6

7.Obliczanie średnicy wewnętrznej płaszcza 6

7.1.Obliczanie średnicy obejmującej rury od zewnątrz 6

7.2.Obliczanie średnicy wewnętrznej płaszcza 7

8. Dobór materiału 7

9. Sprawdzenie kompensacji cieplnej wymiennika 7

10. Obliczanie den wyoblonych 8

10.1. Obliczanie grubości dna wyoblonego 8

10.2. Obliczanie wymiarów dna wyoblonego 8

11. Obliczanie den sitowych 9

12. Obliczanie grubości ścianki powłoki walcowej „g0 9

12.1. Obliczanie naprężeń dopuszczalnych 9

12.2. Obliczanie współczynnika wytrzymałościowego „z” 10

12.3. Wyznaczanie współczynnika „a” 10

12.4. Obliczanie „go 10

12.5. Obliczanie grubości blachy ze względu na sztywność 10

13. Dobór króćców 11

13.1.Obliczanie średnicy króćców 11

14.Obliczanie wzmocnień dla otworów w zbiorniku 11

14.1. Wyznaczenie największej średnicy otworu nie wymagającego wzmocnienia 11

15. Zestawienie podstawowych wymiarów wymiennika 12

Projekt wymiennika płaszczowo - rurowego służącego do podgrzewania aldehydu octowego od temperatury 20oC do temperatury 60oC. Czynnikiem grzewczym jest woda o temperaturze początkowej 80oC i końcowej 40oC. Zakładam, że aldehyd octowy płynie w rurkach, a woda w przestrzeni międzyrurowej .

Podstawowe dane:

OZNACZENIA :

GA- strumień masy aldehydu octowego,

GB- strumień masy wody

Dz - średnica zew. powłoki walcowej,

Dwp - średnica wew. powłoki walcowej

dz - średnica zew. rurek, dw - średnica wew. rurek,

Pow - ciśnienie obliczeniowe (wewnętrzne)

k - naprężenie dopuszczalne na rozrywanie

Re - graniczna płynność na rozrywanie, Re - liczba Reynoldsa

t - temperatura, Δtm - średnia różnica temperatur

Xe - współczynnik bezpieczeństwa odniesiony do granicznej płynności

K - współczynnik wnikania ciepła

go - grubość ścianki

Zdop - współczynnik zakładu spawalniczego

c - naddatki grubości,

c1 - naddatek na minimalne odchylenie blachy

c2 - naddatek na korozję

c3 - naddatek na dodatkowe naprężenia nie pochodzące od ciśnienia

s - przyrost korozji

τ - czas

μω - współczynnik wytrzymałości wyoblenia

F - powierzchnia wymiany ciepła ,

Hc - wysokość części cylindrycznej,

ω - wskaźnik osłabienia

ρB - gęstość wody, ρA - gęstość aldehydu octowego, ρst - gęstość stali

CB - ciepło właściwe wody, CA - ciepło właściwe aldehydu octowego,

Nu - liczba Nusselta,

Pr - liczba Prandtla

Q - ilość ciepła wymieniana

uA - prędkość przepływu aldehydu octowego,

uB- prędkość przepływu wody

L - długość rurek wymiennika,

η - lepkość

α - współczynnik wnikania ciepła,

λ - współczynnik przewodzenia ciepła

DANE

OBLICZENIA

WYNIKI

GA = 2,083 kg/s

CA= 2179,3 J/kgK

CB= 4183 J/kgK

TA1 = 293 K

TA2 = 333 K

TB1 = 363 K

TB2 = 313 K

Δtm = 24,66 K

Q = 181582,7W

K=707,2 W/m2K

ρA= 778 kg/m3

GA = 2,083 kg/s

uA = 0,8 m/s

dw = 0,012 m

GB =0,87 kg/s

ρB=998,2kg/m3

uA = 0,8 m/s

ρA =778kg/m3

ηA=0,604*10-3 Pa s

dw = 0,012 m

CA= 2179,3J/kgK

λA = 0,12W/mK

GB = 0,87 kg/s

ηB=1*10-3Pa s

dw = 0,012 m

n = 31

CB= 4183 J/kgK

λB = 0,598 W/mK

σ = 0,002 m λstali = 46,5 W/m2K

αA = 1298,3

W/m2K

αB = 2354,5

W/m2K

1/α0 = 0,000176

dz = 0,016m

Fc = 11,45m

n = 31

t = 1,35*dz

t = 0,0208 m

dz = 0,016 m

Dw = 0,157 m

g = 0,005 m

dz = 0,016 m

gr = 0,002 m

n = 31

tp =391K

tr = 288K

Ep =1,8*1011Pa

Er = 1,98*1011Pa

Rep = 1,98*108 Pa

Xe = 1,8

Rer = 2,1*108Pa

Xe = 1,8

Dz = 0,167m

g = 0,005 m

Re,to ­= 24,456*107

N/m2

Xe = 1,8

α = 0,9

z = 0,8

k=1,228*108N/m2

pow = 0,5*106Pa

μ = 2

Dz = 0,18 m

Hz = 0,065

g = 0,005 m

do = 0,0167 m

t = 0,0208 m

pow = 0,5*106Pa

dz = 0,016m

Re = 24*107 N/m2

tos = 20oC

Xe = 1,8

α = 0,9

zdop = 0,8

z = 0,8

a = 1,0

Dw = 0,157 m

pow = 0,5*106Pa

k=1,2228*108

N/m2

c1=0,0008 m

s = 0,1*10-3m/rok

τ = 10 lat

c3 = 0

go = 0,00031 m

g = 0,005 m

Dw = 0,157 m

2,94*108/Rm=0,88

GA = 2,083 kg/s

ρA = 778 kg/m3

uA = 0,8 m/s

GB = 0,87 kg/s

ρB= 998,2 kg/m3

uB = 1,64 m/s

k =1,228*108N/m2

a = 1

Dw = 0,157m

pow = 0,5*106Pa

g = 0,005m

c2 = 0,001 m

  1. Bilans cieplny.

Q = GA*CA*ΔTA

Q = 2,083*2179,3*40

Q = 181582,7 W

GB = (GA*CA*ΔTA)/CB*ΔTB

GB = (2,083*2179,3*40)/4183*50

GB = 0,87 kg/s

2. Obliczanie powierzchni wymiany ciepła.

Logarytmiczna różnica temperatur.

0x08 graphic
293 333

0x08 graphic
313 363

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
363 K

333 K

0x08 graphic
313 K

293 K

0x08 graphic

Δt1 = 30K

Δt2 = 20 K

Δtm = (ΔT1+ΔT2)/lnΔT1/ΔT2

Δtm = (30+20)/ln30/20
Δtm = 24,66 K

Q = K*F*Δtm

F = Q/K*Δtm

F = 181572,7/ 707,2 *24,66

F = 10,4 m

Fc = 1,1*F

Fc = 1,1*10,4

Fc = 11,45m

3.Określenie liczby rurek i średniej prędkości przepływu płynu.

Przyjmuję prędkość liniową aldehydu octowego

uA = 0,8 m/s oraz rurki ϕ 16/12 ze stali kotłowej K 10

n = Fr / fr

Fr = GA / uAA

Fr = 2,083/0,8*778

Fr = 0,00335 m2

Fr = π*dw2/4

fr = 3,14*(0,012)2/4

fr = 0,000113 m2

n = Fr / fr

n = 0,00335/0,000113

n ≅ 29,6

Przyjmuję liczbę rurek n = 31 w układzie heksagonalnym wg tablicy 8-14 „Ruch ciepła i wymienniki” T.Hobler

Średnia prędkość przepływu wody.

de = 4*F/O

de = (Dwp2-n*dz2)/(Dwp+n*dz)

de = (0,1572 - 31*0,0162)/(0,157+31*0,016)

de = 0,026 m

uB = 4*GBB*π*de2

uB = 4*0,87/998,2*3,14*0,0262

uB = 1,64m/s

4.Obliczanie liczby Re,Pr,Nu i współczynnika wnikania ciepła α.

  • aldehyd octowy

Re = uA*dwAA

Re = 0,8*0,012*778/0,604*10-3

Re = 12365,6

12365,6 > 10000 zakres burzliwy

Pr = CAAA

Pr =2179,3*0,60410-3/0,12

Pr = 10,79

Nu = 0,023*Re0,8*Pr0,4

Nu = 0,023*12365,60,8*10,79 0,4

Nu = 119,84

αA = Nu*λA/dw

αA = 119,84*0,12/0,012

αA = 1298,3 W/m2K

  • woda

Re = 4*GB/n*ηB*π*de

Re = 4*0,87/31*1*10-3*3,14*0,026

Re = 13750,4

Pr = CBBB

Pr = 4183*1*10-3/0,5989

Pr = 6,99

Nu = 0,023*Re0,8*Pr0,4

Nu = 0,023*13750,40,8*6,990,4

Nu = 102,4

αB = Nu*λB/de

αB = 102,4*0,598/0,026

αB = 2354,5 W/m2K

5. Obliczanie współczynnika przenikania ciepła K

1/K = 1/αA + σ/λstali +1/αB + 1/α0

1/α0 - opory miejscowe

1/K = 1/1298,3 +0,002/46,5 + 1/2354,5 + 0,000176

1/K = 1,414*10-3

K = 707,2 W/m2K

6. Obliczanie długości rurek.

Fc = π*dz*l*n

l = Fc/π*dz*n

l = 11,45/3,14*0,016*31

l = 7,35 m

Przyjmuje długość rurek 7,35 m.

7. Obliczanie średnicy wewnętrznej płaszcza.

7.1.Obliczanie średnicy obejmującej rury od zewnątrz.

D/t = 5,35

D = 5,35*t

D = 5,35*0,0208

D = 0,111 m

D' = D + dz

D' = 0,111+0,016

D' = 0,127 m

7.2.Obliczanie średnicy wewnętrznej płaszcza.

Przyjmuję 15 mm odstępu rur od ściany płaszcza po każdej stronie.

Dwp­ = D'+0,03

Dwp­ = 0,127+0,03

Dwp­ = 0,157 m

8. Dobór materiału.

Dobieram stal węglową ST3S

9. Sprawdzenie kompensacji cieplnej wymiennika.

  • powierzchnia przekroju płaszcza

Fp = 0x01 graphic
*(Dw +g)*g

Fp = 3,14*(0,157+0,005)*0,005

Fp = 0,0025 m2

  • powierzchnia przekroju rur

Fr = 0x01 graphic
*(dz-gr)*gr*n

Fr = 3,14*(0,16-0,002)*0,002*1

Fr = 0,0027 m2

  • siła wzajemnego oddziaływania między płaszczem a rurami

Pt = 0x01 graphic
*(tp-20)- 0x01 graphic
r(tr-20)/(Ep*Fp)-1+(Er*Fr)-1

Pt= 2,768*105 N

  • całkowita siła rozciągająca płaszcz i rury

P= 0,785*(Dw2 - dz2*n)*Pow+dw2*n*Pt

P= 7,795*103 N

  • max naprężenie występujące w płaszczu

0x01 graphic
pmax = Pt/Fp+(P*Ep)/(Ep*Fp+Er*Fr)

0x01 graphic
pmax=2,768*105/0,0025+(7,795*103*1,8*1011)

/(1,8*1011*0,0025+1,98*1011*0,0027)

0x01 graphic
pmax= 1,425*106

kr = 1,98*108/X

kr = 1,98*108/1,8

kr = 1,1*108

kr >0x01 graphic
pmax

1,1*108>1,425*106

warunek spełniony

  • max naprężenie występujące w rurkach

0x01 graphic
rmax = Pt/Fr+{P*Er0/(Ep*Fp+Er*Fr)

0x01 graphic
rmax =1,567*106

kr = Rer/Xe

kr = 2,1*108/1,8

kr = 1,176*108

kr >0x01 graphic
pmax

1,35*108 > 1,567*106

warunek spełniony

10. Obliczanie den wyoblonych.

10.1. Obliczanie grubości dna wyoblonego.

g = (Dz*powω/4k*z) + c

μω = f(0x01 graphic
ω)

0x01 graphic
= 0x01 graphic
= 0,389

dla den z otworami prawidłowo wzmocnionymi ω = 0 , μ = 2

k = 0x01 graphic

k = 0x01 graphic
= 1,22*108 N/m2

g = 0x01 graphic

g = 0,0022 m

Przyjmuję grubość blachy znormalizowaną wg normy BN-65/2002-02, g = 0,005 m

10.2. Obliczanie wymiarów dna wyoblonego.

rw = 0x01 graphic

rw = 0x01 graphic
= 0,046 m

rw ≥ 0,1Dz

Warunek został spełniony, gdyż 0,046 ≥ 0,0167

Rw = 0x01 graphic

Rw = 0x01 graphic
= 0,103 m

Hz ≥ 0,18Dz

Warunek został spełniony, gdyż 0,065 ≥ 0,03

Rw ≤ Dz

Warunek został spełniony, gdyż 0,103 ≤ 0,167

11. Obliczanie den sitowych.

qmin = 3,4*do

qmin = 56,7 mm

t = m + do

m = 20,8 - 16,7= 4,1 mm

g = qmin / m

g = 56,7/4,1 = 0,0138 m

f = 2*D-(π*do2)/4

f = 2*(30,5*t2/4)-(π*do2)/4

Przyjmuję grubość równą g = 0,02 m

f = 2*(30,5*t2/4)-(π*do2)/4

f = 1,557*10-4 m2

pow*f/(π*dz­*l)<σz

5,165*104 < 0,49*107 warunek został spełniony.

12. Obliczanie grubości ścianki

powłoki walcowej „g0”.

g0 = Dw*pow/(2,3/a)*k*z - pow

12.1. Obliczanie naprężeń dopuszczalnych.

Re,to­ = Re*1,019 - 0,09*tos/100 - 0,018*(tos/100)2

Re,to­ = 24,456*107 N/m2

k = (Re,to / Xe)* α

k = (24,456*107/1,8)*0,9

k = 13,586*107 N/m2

12.2. Obliczanie współczynnika

wytrzymałościowego „z” .

z = 1,0*zdop

z = 1,0*0,8

z = 0,8

12.3. Wyznaczanie współczynnika „a” .

Zakładam, że β = Dz/Dw ≤ 1,4

Dla β ≤ 1,4 odczytane z tablicy [2,4] „Ruch ciepła i wymienniki” T.Hobler a wynosi 1,0

12.4. Obliczanie „go”.

go = 0x01 graphic

go = 0,00031 m

12.4. Rzeczywista grubość ścianki.

g = go + c

c = c1+c2+c­­3

c2 = s*τ

c2 = 0,1*10-3*10

c2 = 0,001 m

c = 0,0008 +0,001

c = 0,0018 m

g = 0,00031+ 0,0018

g = 0,0021 m

Przyjmuję grubość blachy znormalizowaną

wg normy:

PN - 75/M-35412 g = 0,005m

12.5. Obliczanie grubości blachy ze względu na sztywność.

gszt = (Dz/320)*(2,94*108/Rm)

Dz = 2g +Dw

Dz = 2*0,005 + 0,157 = 0,167 m

gszt = (0,167/320)*0,88 = 0,00046 m

warunek, że g> gszt jest spełniony.

13. Dobór króćców.

13.1.Obliczanie średnicy króćców.

  • dla aldehydu octowego

QA = GA / ρA

QA = 2,083/778 = 0,00267 m3/s

F = QA / uA

F = 0,00267/0,8 = 0,00335 m2

F = (π/4)*d2 ⇒ d = 0x01 graphic

d = 0x01 graphic
= 0,065 m

Przyjmuję króciec wlotowy i wylotowy d = 0,065m

wg normy BN-76/2211-36

  • dla wody

QB = GBB

QB = 0,87/998,2 =0,000872 m3/s

F = QB /uB = 0,000872/1,64 = 0,00053 m2

F = (π/4)*d2 ⇒ d = 0x01 graphic

d = 0x01 graphic
= 0,026 m

Przyjmuję króciec wlotowy i wylotowy d = 0,032m

Wg normy BN-76/2211-36

14. Obliczanie wzmocnień dla otworów w zbiorniku.

14.1. Wyznaczenie największej średnicy otworu nie wymagającego wzmocnienia.

Największa średnica otworu nie wymagająca wzmocnienia równa jest najmniejszej z trzech podanych wartośći:

  • d = 0,81 [Dw(g-c2)(1-zr)]1/3

  • d = 0,35Dz

  • d = 0,2 m

  • dla części cylindrycznej

zr = 0x01 graphic
zr = 0,072 m

  • d = 0,81[0,57(0,005-0,001)(1-0,072)]1/3 = 0,068

  • d = 0,35*0,167 = 0,058m

  • d = 0,2m

Średnica największego nie wzmocnionego otworu w części walcowej wynosi d = 0,058 m

  • dla dennic

zr = 0,0147 m

  • d = 0,81[[0,157(0,02-0,001)(1-0,0147)]1/3 = 0,116

  • d = 0,35*0,167= 0,058 m

  • d = 0,2m

Średnica największego nie wzmocnionego otworu w dennicy wynosi d = 0,056 m

15. Zestawienie podstawowych wymiarów wymiennika.

Długość wymiennika 7,35 m

Ilość rurek 31 sztuk

Ilość biegów 1

Średnica rurek 16/12

Średnica wewnętrzna wymiennika 0,157 m

Średnica zewnętrzna wymiennika 0,167 m

Grubości ścianki powłoki walcowej 0,005m

Grubość dna wyoblonego 0,005 m

Króciec wlotowy i wylotowy dla aldehydu octowego 0,065 m

Króciec wlotowy i wylotowy dla wody 0,032 m

Grubość den sitowych 0,02 m

Q = 181582,7 W

GB = 0,877 kg/s

Δtm = 24,66 K

F = 10,4 m

Fc = 11,45 m

Fr = 0,00335 m2

fr = 0,000113 m2

n = 31

de = 0,026 m

uA = 1,64 m/s

Re = 12365,6

Pr = 10,79

Nu = 119,84

αA=1298,3 W/m2K

Re = 13750,4

Pr = 6,99

Nu = 102,4

αB=2354,5W/m2K

K = 707,2 W/m2K

l = 7,35 m

D = 0,111 m

D' = 0,127 m

Dwp­ = 0,157 m

Fp = 0,0025 m2

Fr = 0,0027 m2

Pt= 2,768*105 N

P= 7,795*104 N

0x01 graphic
pmax =1,425*108

kr = 1,1*108

0x01 graphic
pmax =1,567*106

kr = 1,176*108

0x01 graphic
= 0,389

ω = 0

μ = 2

k = 1,22*108 N/m2

g = 0,0022 m

rw = 0,046 m

Rw = 0,103 m

g = 0,0138 m

f = 1,557*10-4 m2

Re,to­ = 24,456*107 N/m2

k=13,586*107 N/m2

z = 0,8

a = 1

go = 0,00031 m

c2 = 0,001 m

c = 0,0018 m

g = 0,0021 m

Dz = 0,167 m

QA=0,00267 m3/s

F = 0,00335 m2

d = 0,065 m

QB = 0,000872 m3/s

F = 0,00053 m2

d = 0,032 m

zr = 0,072m

d = 0,068 m

d = 0,058 m

d = 0,2m

zr = 0,0147 m

d = 0,116 m

d = 0,058 m

d = 0,2

12

WYMIENNIK CIEPŁA

SŁUŻĄCY DO PODGRZEWANIA

ALDEHYDU OCTOWEGO

T1[0C]= 20 T2[0C]=60

P[MPa]= 0,5 G[t/h]= 7,5



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
wymiennik ciepła, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
Kopia PROJEKT-WYMIENNIK-Alicja, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
WYMIENNIKI Obliczanie, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
korpal2, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
kw.mlekowypo, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
wymiennik ciepła CCl4-korpal, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
wymiennik ciepła CCl4-korpal, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
metanol, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
projekt 2 (piotr), Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
Projekt 2 PTOŚ 2013, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS
kontrolka2013, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Recykling polimerów
Ćwiczenie 1 BUFOROWE WŁAŚCIWOŚCI GLEB, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Techniki
Ćwiczenie 10 REKULTYWACJA GLEB ZASOLONYCH, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Tech

więcej podobnych podstron