Курсовая работа: Расчет тарельчатой ректификационной колонны
В спиральных теплообменниках (рис.7) поверхность теплообмена образована двумя листами из углеродистой или коррозионно-стойкой стали, свернутыми на специальном станке в спирали. С помощью приваренных дистанционных штифтов между листами сохраняется одинаковое по всей спирали расстояние, равное 12 мм. Таким образом, получаются два спиральных канала, заканчивающихся в центре двумя полуцилиндрами, отделенными друг от друга перегородкой. К периферийной части листов приварены коробки. Каждый полуцилиндр с торцевой стороны и каждая коробка имеют штуцер для входа или выхода теплоносителя. С торцов спирали зажимают между дисками с помощью крышек. Для герметизации используют прокладки из резины, паронита, асбеста или мягкого металла. Согласно ГОСТ 12067—80, спиральные теплообменники имеют поверхности теплообмена 10—100 м2 , работают при давлениях до 1 МПа и температуре от —20 до +200 °С. Поверхности теплообмена и основные параметры их приведены в табл. 2.5.
1.4 Блочные графитовые теплообменники
Теплообменники из графита широко распространены в химической промышленности благодаря очень высокой коррозионной стойкости и высокой [до 100 Вт/(м*К)] теплопроводности графита. Наибольшее применение находят блочные теплообменники. Основным элементом их является графитовый блок, имеющий форму параллелепипеда, в котором просверлены вертикальные и горизонтальные непересекающиеся отверстия для прохода теплоносителей (рис.8). Аппарат собирают из одного или нескольких блоков. С помощью боковых металлических плит в каждом блоке организуется двухходовое движение теплоносителя по горизонтальным отверстиям. Теплоноситель, движущийся по вертикальным каналам в теплообменниках, собранных из блоков размером 350X515X350 мм3 (второе число — длина горизонтальных каналов), может совершать один или два хода, в зависимости от конструкции верхней и нижней крышек. В аппаратах, собранных из блоков с увеличенными боковыми гранями (350X700X350), теплоноситель, движущийся по вертикальным каналам, может совершать два или четыре хода.
Таблица 1.5. Поверхности теплообмена и основные параметры спиральных теплообменников (по ГОСТ 12067—80)
|
t . м | Толщина листа, мм | Ширина листа, м | Длина канала, м | Площадь сечения канала, 10' м2 | Масса теплообменника, кг, не более |
d штуцеров для жидких теплоносителей, мм |
| 10,0 | 3,5 | 0,4 | 12,5 | 48 | 1170 | 65 |
| 12,5 | 3,5 | 0,4 | 15,6 | 60 | 1270 | 65 |
| 16,0 | 3,5 | 0,5 | 16,0 | 60 | 1480 | 65 |
| 20,0 | 3,5 | 0,4 | 25,0 | 48 | 1770 | 100 |
| 20,0 | 4,0 | 0,7 | 14,3 | 84 | 1620 | 100 |
| 25,0 | 3,5 | 0,5 | 25,0 | 60 | 2270 | 100 |
| 25,0 | 4,0 | 0,7 | 17,9 - | 84 | 1970 | 100 |
| 31,5 | 3,5 | 0,5 | 31,5 | 60 | 2560 | 100 |
| 31,5 | 4,0 | 0,7 | 22,5 | 84 | 2560 | 100 |
| 40,0 | 3,9 | 1,0 | 20,0 | 120 | 2760 | 100 |
| 40,0 | 4,0 | 0,7 | 28,6 | 84 | 3160 | 100 |
| 50,0 | 3,9 | 1,0 | 25,0 | 120 | 3460 | 150 |
| 50,0 | 6,0 | 1,1 | 22,7 | 138 | 3960 | 150 |
| 63,0 | 3,9 | 1,0 | 31,5 | 120 | 4260 | 150 |
| 63,0 | 6,0 | 1,1 | 28,6 | 138 | 4760 | 150 |
| 80,0 | 3,9 | 1,0 | 40.0 | 120 | 5450 | 150 |
| 80,0 | 6,0 | 1.1 | 36,4 | 138 | 5450 | 150 |
| 100,0 | 3,9 | 1,0 | 50,0 | 120 | 5960 | 150 |
| 100.0 | 4,0 | 1,25 | 40,0 | 150 | 5960 | 150 |
Рис. 1.7. Спиральный теплообменник
Рис. 1.8. Схема блочного (из двух блоков) графитового теплообменника:
/ — графитовый блок; 2 — вертикальные каналы; 3 — горизонтальные каналы; 4 — корпус.
Таблица 1.6. Поверхности теплообмена и основные параметры блочных графитовых теплообменников (по данным [12])
| Каналы в блоке | Цена за | штуку, руб. | |||||||||||||||||||||
| Число | |||||||||||||||||||||||
| F, м2 | блоков, | горизонталь- | вертикальные | одна агрессив- | две агрессивные | ||||||||||||||||||
| шт. | ные, число шт. | диаметр. | число, | ная среда | среды | ||||||||||||||||||
| мм | шт. | ||||||||||||||||||||||
| Блоки 350X515X350 мм | |||||||||||||||||||||||
| 5,4 | 2 | 126 | 28 | 84 | 835 | 1090 | |||||||||||||||||
| 7,2 | 2 | 180 | 12 | 252 | 835 | 1090 | |||||||||||||||||
| 10,8 | 4 | 126 | 28 | 84 | 1520 | 2030 | |||||||||||||||||
| 14,4 | 4 | 180 | 12 | 252 | 1520 | 2030 | |||||||||||||||||
| 16.2 | 6 | 126 | 28 | 84 | 2185 | 2950 | |||||||||||||||||
| 21,6 | 6 | 180 | 12 | 252 | 2185 | 2950 | |||||||||||||||||
| Блоки 350X700X350 мм; 2 вертикальных хода | |||||||||||||||||||||||
| 14,6 | 4 | 126 | 28 | 108 | 2115 | 2705 | |||||||||||||||||
| 19,6 | 4 | 180 | 12 | 324 | 2060 | 2725 | |||||||||||||||||
| 21,9 | 6 | 126 | 28 | 108 | 2900 | 4126 | |||||||||||||||||
| 29,4 | 6 | 180 | 12 | 324 | 2910 | 3955 | |||||||||||||||||
| Блоки 350X700X350 мм; 4 вертикальных хода | |||||||||||||||||||||||
| 13,4 | 4 | 126 | 28 | 96 | __ | 2585 | |||||||||||||||||
| 19,0 | 4 | 180 | 12 | 324 | __ | 2725 | |||||||||||||||||
| 20,1 | 6 | 126 | 28 | 96 | __ | 3780 | |||||||||||||||||
| 28,5 | 6 | 180 | 12 | 324 | — | 3850 | |||||||||||||||||
* Диаметр горизонтальных каналов 12 мм.
Блочные графитовые теплообменники можно использовать для теплообмена между средами, одна из которых коррозионно-активна. Если коррозионно-активны обе среды, боковые плиты защищают специальными графитовыми вкладышами.
Поверхности теплообмена и основные параметры блочных графитовых теплообменников в соответствии с данными [12] приведены в табл.1.6.
2 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
2.1 Расчет кожухотрубчатого теплообменника
Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменник для теплообмена между двумя водно-органическими растворами. Горячий раствор в количестве G1 =6,0 кг/с охлаждается от t1н = 112,5 °С до t1к = 40°C. Начальная температура холодного раствора (G2 = 21,8 кг/с) равна t2н =20 "С. Оба раствора — коррозионно-активные жидкости с физико-химическими свойствами, близкими к свойствам воды. Горячая жидкость при средней температуре t1 =76,3°С имеет следующие физико-химические характеристики: p1 =986 кг/м3 ; λ1 =0.662 Вт/(м*К); µ1 = = 0.00054 Па*с;
с1 =4190 Дж/(кг*К).
Расчет теплообменника проводят последовательно в соответствии с общей блок-схемой (см. рис. 2.2).
- Определение тепловой нагрузки:
Q = 6,0 • 4190 (112,5 — 40) = 1 822 650 Вт.
- Определение конечной температуры холодного раствора из уравнения теплового баланса:
t2к = t2н + Q/(G2 C2) =20+1 822 650/(21,8 ∙ 4180) =40,0 °С
где 4180 Дж/(кг∙К) — теплоемкость с2 холодного раствора при его средней температуре t2 = 30°С. Остальные физико-химические свойства холодной жидкости при этой температуре: р2 =996 кг/м3 ; λ2 =0,618 Вт/(м-К); µ2 = 0,000804 Па-с.
- Определение среднелогарифмнческой разности температур: