Расчет кожухотрубчатого теплообменника

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Ноября 2011 в 12:53, курсовая работа

Описание

Массовый расход нитрозных разов, Gгн, кг/час 68257,5

Массовый расход хвостовых газов, Gхг, кг/час 62165

Среда:

- в трубном пространстве нитрозные газы;

- в межтрубном пространстве хвостовые газы.

Температура нитрозных газов:

- на входе, t1н, 8С 295…300

- на выходе, t1к, 8С 260…265

Температура хвостовых газов:

- на входе, t2н , 8С 200…205

- на выходе, t2к, 8С 245…250

Работа состоит из  1 файл

Расчет теплообменника.docx

— 62.32 Кб (Скачать документ)

    1. Расчет горизонтального подогревателя. 

1.1 Данные для расчета. 

      Массовый  расход нитрозных разов, Gгн, кг/час 68257,5

      Массовый  расход хвостовых газов, Gхг, кг/час 62165

      Среда:

         - в трубном пространстве  нитрозные газы;

         - в межтрубном пространстве  хвостовые газы.

      Температура нитрозных газов:

         - на входе, t, 8С 295…300

         - на выходе, t, 8С 260…265

      Температура хвостовых газов:

         - на входе, t , 8С 200…205

         - на выходе, t, 8С 245…250 

1.2. Расчет физических параметров  газов при рабочих условиях. 

    Средняя температура нитрозных газов:

    0С. 

          Средняя температура  хвостовых газов:

     0С. 

      Состав  хвостовых газов по компонентам.

      Таблица 1.1

    
    Компонент нм3 % (об.) кг/час % (вес)
    N2 47500 95 59375 95,51
    O2 1250 2,5 1785,7 2,87
    H2O 1250 2,5 1004,5 1,62
    NO 5 0,1    
    NO2 10 0,02    
    Итого: 50000 100 62165 100
 

      Таблица 1.2

      Состав  нитрозных газов до окисления.

    
    Компонент нм3 % (об.) кг/час % (вес)
    N2 39159 68,7 48948,75 71,71
    NO 5358 9,4 7175,89 10,51
    O2 3363 5,9 4804,28 7,04
    H2O 9120 16,0 7328,57 10,74
    Итого: 57000 100 68257,5 100

     При 85 %-ом превращении NO в NО2 по реакции:

     O2 + 2NO → 2NO2,

     потребность в кислороде:

     кг/час.

    Кислород  в остатке:

     кг/час.

    Количество  образующегося NO2:

     кг/час.

    Таблица 1.3.

    Состав  нитрозных газов после окисления (при 85 % окислении NO в NO2).

    
    Компонент нм3 % (об.) кг/час % (вес)
    N2 39159 71,56 48948,75 71,71
    NO2 4553,35 8,32 9352,59 13,7
    NO 805,68 1,47 1076,39 1,58
    O2 1085,82 1,98 1551,21 2,27
    H2O 9120 16,67 7328,57 10,74
    Итого: 54723,85 100 68257,5 100
 

    1) Плотность: 

     ,

    где ρ0 – плотность газа при нормальных условиях, кг/м3; Р,– давление газа при рабочих условиях, кгс/м2; Т – температура газа при рабочих условиях, К. 

      Плотность нитрозных газов при нормальных условиях (н.у.):

      кг3.

      Плотность нитрозных газов при рабочих  условиях:

        кг/м3.

      Плотность хвостовых газов при нормальных условиях (н.у.):

      кг/м3.

      Плотность хвостовых газов при рабочих условиях:

      кг/м3. 
 

      2) Теплоемкость:

      

,

      где а0, b0, c0 – молярный (объемный) процент отдельного компонента в смеси;

             СN2, CO2, CH2O – молярные теплоемкости. (см. Бесков С.Д. «Техно-химические расчеты», с. 410) при рабочих условиях, ккал/кг∙моль.

      = 1,169 кДж/кг∙К.

      

кДж/кг∙К. 

     3) Динамическая вязкость:

     ,

     где Мсм, М1, М2,… - мольные массы смеси газов и отдельных компонентов;  μсм, μ1, μ2, … - соответствующие динамические коэффициенты вязкости; у1, у2,… - объемные доли компонентов в смеси.[1]

     Нитрозные газы: 
 
 
 

    Мсм = М1 ∙ у1 + М2 ∙ у2+…, тогда 

    Мсм =0,7156 ∙ 28+0,0832 ∙ 46+0,0147 ∙ 31+0,0198 ∙ 32+0,1667 ∙ 18=27,94 

      Па∙с. 

    Хвостовые газы: 
 
 
 

    Мсм = М1 ∙ у1 + М2 ∙ у2+…, 

    Мсм =0,95 ∙ 28+0,0002 ∙ 46+0,001 ∙ 31+0,025 ∙ 32+0,025 ∙ 18=27,88 

      Па∙с. 
 
 
 

     4) Теплопроводность: 

    ,

    где μ – динамический коэффициент вязкости газа, Па·с; В = 0,25(9k – 5); k = cp/cv – показатель адиабаты; ср и cv – удельная теплоемкость газа при постоянном давлении и при постоянном объеме, соответственно, Дж/(кг·К).

    Так как для газов данной атомности  отношение срv есть величина приблизительно постоянная, то для одноатомных газов В = 2,5, для двухатомных B = 1,9, для трехатомных В = 1,72.

     Показатель  адиабаты нитрозных и хвостовых  газов приблизительно равен 1,4.

     Тогда В = 0,25(9k – 5)=0,25∙ (9∙1,4-5)=1,9. 

     Теплопроводность  нитрозных газов:

       Вт/м∙К. 

     Теплопроводность  хвостовых газов:

       Вт/м∙К. 
 

     1.3. Расчет неизвестных температур.

     Горизонтальный  подогреватель (Т-202А) разогревает хвостовые газы с tнач=205 0С до tк=250 0С.

     Количество  теплоты, которое необходимо сообщить хвостовым газам для нагрева  до необходимой температуры: 

     где G – массовый расход газа, кг/с; с – теплоемкость газа при средней температуре, Дж/кг∙К.

      кДж/ч (915206,94 Вт). 

    Поверхность теплообмена вычисляется по формуле:

    F =

    Для расчета вертикального подогревателя необходимо знать температуру входящих в него нитрозных газов и выходящих из него хвостовых газов. Для расчета данных температур составим тепловой баланс для горизонтального подогревателя.

      Рассмотрим одноходовой кожухотрубчатый теплообменник:

    - поверхность теплообмена F = 234 м2,

    – внутренний диаметр корпуса D = 1400 мм,

    - диаметр внутренней оболочки Dвн = 1100 мм,

    – теплообменные трубки d = 25 мм,

    – толщина стенки трубки δст = 2 мм.

    – количество трубок 994 шт. 

    Площадь проходного сечения по трубам:

    Sт=994 ∙ 0,785 ∙ 0,0212=0,344 м2. 
 

    Площадь проходного сечения в межтрубном пространстве:

    Sсж=0,785∙1,12– 0,785∙994∙0,0252 = 0,4622 м2. 

    Критериальные показатели вычисляются по [1] для кожухотрубчатого теплообменника с противотоком. 

    Критерий  Рейнольдса : 
 

    Скорость  среды:

     

    - в трубном пространстве: 

     м/с. 

    - в межтрубном пространстве: 

     м/с. 

    Критерий  Рейнольдса для трубного пространства (ГН): 
 
 

    Критерий  Рейнольдса для межтрубного пространства (ХГ): 
 
 

    Критерий  Прандтля: 
 

    Критерий  Прандтля для трубного пространства (ГН): 
 
 

    Критерий  Прандтля для межтрубного пространства (ХГ): 
 
 
 
 
 

    Критерий  Нуссельта: 

    принимаем равным 1, так как  для газов критерий Pr является величиной  приблизительно постоянной, не зависящей от температуры  и давления. 

    Критерий  Нуссельта для трубного пространства (ГН): 
 
 

    Критерий  Нуссельта для межтрубного пространства (ХГ): 
 
 

    Коэффициент теплоотдачи: 
 

    Коэффициент теплоотдачи для трубного пространства (ГН): 
 
 

    Коэффициент теплоотдачи для межтрубного  пространства (ХГ): 
 
 

    Коэффициент теплопередачи: 
 

    где Rзагр – термическое сопротивление загрязнений, λсткоэффициент теплопроводности металла труб (титан), Вт/м∙К. 
 
 
 

Информация о работе Расчет кожухотрубчатого теплообменника