korpal2, Studia, UTP Ochrona środowiska, III rok, Semestr VI, Aparatura OS


KATEDRA TECHNOLOGII i APARATURY

PRZEMYSŁU CHEMICZNEGO i SPOŻYWCZEGO

UTP w BYDGOSZCZY

Projekt nr 2

Wymiennik ciepła do chłodzenia trójchloroetylenu

od temperatury 70oC do temperatury 20oC.

Wykonawca: Błażej Stranc

semestr V, studia dzienne

kierunek: technologia chemiczna

specjalność: technologie ochrona środowiska

Bydgoszcz, styczeń 2007r.

  1. Oznaczenia

c - naddatek grubości

c1 - naddatek na minimalne odchylenie blachy

c2 - naddatek na korozję

Cm - ciepło właściwe medium

Cw - ciepło właściwe wody

Dw - średnica wewnętrzna powłoki walcowej

dw - średnica wewnętrzna rurek

Dz - średnica zewnętrzna powłoki walcowej

dz - średnica zewnętrzna rurek

F - powierzchnia wymiany ciepła

g0 - grubość ścianki

Gm - strumień masowy n-heksanu

Gw - strumień masowy wody

k - naprężenie dopuszczalne na rozrywanie

K - współczynnik wnikania ciepła

L - długość rurek wymiennika

Nu - liczba Nusselta

pow - ciśnienie obliczeniowe (wewnętrzne)

Pr - liczba Prandtla

Q - ilość ciepła wymieniana

Re - graniczna płynność na rozrywanie

Re - liczba Reynoldsa

s - przyrost korozji

t - temperatura

um - prędkość przepływu medium

uw - prędkość przepływu wody

Xe - współczynnik bezpieczeństwa odniesiony do granicznej płynności

zdop - współczynnik zakładu spawalnego

tm - średnia różnica temperatur

- współczynnik wnikania ciepła

- lepkość

- współczynnik przewodzenia ciepła

w - współczynnik wytrzymałości wyoblenia

ρm - gęstość medium

ρw - gęstość wody

- czas

  1. Obliczenia

    1. Założenia

Przyjmuję, że podgrzewanie nitrobenzenu będzie się odbywało w płaszczowo-rurkowym wymienniku ciepła wykonanym ze stali węglowej. W rurkach przepływać będzie nitrobenzen, a w przestrzeni międzyrurowej woda podgrzewająca.

    1. Temperaturowe warunki procesu

Dane:

tpm = 30oC

tkm = 90oC

tpw = 95oC

tkw = 65oC

Nitrobenzen: temperatura początkowa tp = 30oC

temperatura końcowa tk = 90oC

Woda: temperatura początkowa tp = 95oC

temperatura końcowa tk = 65oC

    1. Bilans cieplny

Dane:

Cwm = 1780J/kg deg

Cw = 4183J/kg deg

tpm = 30oC

tkm = 90oC

tpw = 95oC

tkw = 65oC

Gm = 6,5t/h

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

    1. Ilość rurek

Dane:

ρm = 1198kg/m3

dw = 0,012m

Przyjmuję prędkość u = 1m/s

Przyjmuję rurki φ = 16x12mm

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Przyjmuję wg Hoblera ilość rurek n = 19

    1. Średnica zastępcza przestrzeni międzyrurowej

Dane:

dz = 16mm

dw = 12mm

wg Hoblera: d/t = 4

0x01 graphic

Średnica obejmująca rury zewnętrzne

0x01 graphic

Przyjmuję 5mm odstępu rur od ściany płaszcza po każdej stronie

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

    1. Prędkość przepływu wody

Dane:

Gw = 1,53kg/s

ρw = 998,2kg/m3

Dz = 0,0175m

0x01 graphic

0x01 graphic

    1. Prędkość rzeczywista przepływu medium

Dane:

Gm = 1,8kg/s

ρm = 1198kg/m3

fr = 0,000113m2

n = 19

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

    1. Liczby Re, Pr, Nu i α

  1. dla wody

Dane:

uw = 6,376m/s

Dz = 0,0175m

ρw = 998,2kg/m3

ηw = 0,001Pa . s

λw = 0,607W/m deg

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

b) dla nitrobenzenu

Dane:

um = 0,683m/s

dw = 0,012m

ρm = 1198kg/m3

ηm = 0,291 . 10-4Pa . s

Cwm = 1780J/kgoC

λm = 0,16W/m deg

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

    1. Współczynnik przenikania K

Dane:

αm = 5169,07W/m2 deg

αw = 18819,43W/m2 deg

S = 0,002m

λst = 46,5W/m deg

1/αo = 0,000176m2 deg/W

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

    1. Powierzchnia wymiany ciepła

Dane:

tpm = 30oC

tkm = 90oC

tpw = 95oC

tkm = 65oC

Q = 192240W

K = 2147,74W/m2 deg

  1. Logarytmiczna różnica temperatur

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. powierzchnia wymiany ciepła

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Przyjmuję 25% rezerwę powierzchni wymiany ciepła.

0x01 graphic

    1. Długość rurek

Dane:

Fc = 2,585m2

dm = 0,014m - średni przekrój rurki

n = 19

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

    1. Dobór materiału

Dobieram stal węglową St3S na płaszcz i rurki wg PN - 60/H - 86020.

    1. Ciśnienie obliczeniowe

Dane:

ph = 1,013⋅105Pa

prw = 0,6MPa

0x01 graphic

0x01 graphic

    1. Grubość ścianki płaszcza

Dane:

Re = 2,3⋅108Pa

Xe = 1,65

α = 0,81/deg

zdop = 0,8

Dz = 0,11m

pow = 7,013 . 105Pa

c1 = 0,0008m

c2 = 0,001m

c3 = 0m

s = 0,1mm/rok

= 10lat

0x01 graphic

k - naprężenie dopuszczalne

0x01 graphic

0x01 graphic

Dla jednostronnego doczołowego złącza z podpawaniem przyjęto:

0x01 graphic

0x01 graphic

Zakładam, że 0x01 graphic
to wówczas a = 1

0x01 graphic

Rzeczywista grubość blachy:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

gdzie: τ - czas użytkowy

s - szybkość korozji

0x01 graphic

0x01 graphic

gdzie: c1 - naddatek grubości ze względu na minusową odchyłkę dla blach

c2 - naddatek grubości ze względu na korozję

c3 - naddatek grubości ze względu na dodatkowe naprężenia

0x01 graphic

0x01 graphic

Grubość blachy wynosi:

0x01 graphic

Przyjmuję znormalizowaną grubość ścianki g = 0,005m

    1. Grubość ścianki den wyoblonych

Dane:

Dw = 0,11m

pow = 7,013⋅105Pa

z = 0,8

k = 1,11⋅108Pa

yw = 2

c = 0,0018m

g = 0,005m

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Przyjmuję znormalizowaną grubość ścianki gd = 0,005m

    1. Średnice króćca dla nitrobenzenu

Dane:

Gm = 1,8kg/s

ρm = 1198kg/m3

um = 0,683m/s

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Przyjmuję króciec o średnicy d = 0,05m

    1. Średnica króćca dla wody

Dane:

Gw = 1,53kg/s

ρw = 998,2kg/m3

uw = 6,376m/s

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Przyjmuję króciec o średnicy d = 0,02m

    1. Dna sitowe

Dane:

Do = 0,081m

n = 19

t = 21mm - wg Hoblera

dw = 0,012m

c = 0,0018m

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Przyjmuję grubość dna sitowego gs = 0,005m

    1. Wzmocnienia dla otworów w wymienniku

Dane:

Dw = 0,11m

g = 0,005m

pow = 7,013⋅105Pa

k = 1,11⋅108Pa

a = 1

dw = 0,012m

Największa średnica otworu nie wymagająca wzmocnienia równa się najmniejszej z trzech poniższych wartości:

  1. 0x01 graphic

zr - współczynnik wytrzymałościowy powłoki osłabionej otworem

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. 0x01 graphic

0x01 graphic

  1. 0x01 graphic

Wymiennik nie wymaga wzmocnień

    1. Kompensacja cieplna wymiennika

Dane:

n = 19

dz = 0,016m

dw = 0,012m

Dw = 0,11mm

g = 0,005m

E = 2⋅106kg/cm2

β = 0,0000121/deg

tpm = 30oC

tkm = 90oC

tpw = 95oC

tkw = 65oC

Przekrój sumaryczny rurek

0x01 graphic

0x01 graphic

Przekrój płaszcza

0x01 graphic

0x01 graphic

E - moduł Younga przyjętego materiału E = 2⋅106kg/cm2

β - współczynnik wydłużenia termicznego β = 0,0000121/deg

0x01 graphic

Temperatura średnia płaszcza

0x01 graphic
0x01 graphic

Temperatura średnia rurek

0x01 graphic

Naprężenia w rurkach

0x01 graphic

0x01 graphic

Naprężenia w płaszczu

0x01 graphic

0x01 graphic

Naprężenie dopuszczalne dla zastosowanego materiału wynosi σdop = 1000kG/cm2, kompensacja cieplna wymiennika nie jest konieczna.

    1. Zestawienie podstawowych wymiarów wymiennika

Spis treści

1. Oznaczenia

2



Wyszukiwarka