Рассчет конденсатора

Министерство  образования Российской Федерации 

Казанский Государственный  Технологический

Университет 

Кафедра процессов и аппаратов  химической

технологий 

 
 
 

Теплообменник конденсатор к ректификационной установке

Пояснительная записка к курсовому  проекту 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:                                       студент гр. 6181-21 Ахметов А.Р.

Руководитель:                                                          Бочкарев В.Г.           

                    
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение………………………………………………..………………………………………………………………..………………………………………………………………..……………4

1 Технологический  расчет……………………………………………………..…………………………………………..………………………………………………………11

2 Гидравлический расчет……………………………………………...……….…………………………………………..………………………………………………………19

3 Конструктивный расчет………………..………………………………………………………………………………..………………………………………………………21

4 Механический расчет………………………………………………………...…………………………………………..…………………………………………………………22

5 Техника безопасности………………………………………………………..…………………………………………..…………………………………………………………27

Заключение…………………………………………………………………...…………………………………………..………………………………………………………………..………29

Список  используемой литературы…………………………………………..…………………………………………..…………………………………………………30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАДАНИЕ № 

На  курсовое проектирование студенту Ахметова А.Р., группа 6181-21

Тема  проекта: Рассчитать и спроектировать конденсатор к ректификационной колонне для разделения смеси метанол – этанол. 
 

ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ 

Смесь метанол-этанол;

F=10000 кг/ч=2,78 кг/с – расход  смеси;

Начальная температура равна температуре кипения смеси;

Начальная температура охлаждающей воды 10⁰С

Начальная концентрация метанола в смеси х_f= 50 % (масc.);

Дистиллят х_р= 96 % (масc.);

Состав  кубового остатка  метанола (100-98)=2 % (масc.);

Ректификационная  колонна работает под атмосферным  давлением 
 

СОДЕРЖАНИЕ  РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ  ЗАПИСКИ

1. Введение.

2. Схема аппарата (установки), описание технологической схемы установки.

3. Технологический,  гидравлический и  механический расчеты  аппарата.

4. Список литературы. 

ПЕРЕЧЕНЬ  ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

1. Чертеж общего  вида колонны 1 лист формата А1

2. Технологическая схема 1 лист формата А2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Введение

Тепловые  процессы и аппараты

      Большинство процессов химической технологии протекают  в заданном направлении только при определенной температуре, которая достигается путем подвода тли отвода тепловой энергии (теплоты). Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты (нагревание, охлаждения, испарение (или кипение), конденсация и др.), называют тепловыми. Движущей силой тепловых процессов является разность температур более нагретого и менее нагретого тела. Аппараты, в которых осуществляется тепловые процессы, называют теплообменниками.

      Исследования  показали, что перенос  теплоты является сложным процессом, поэтому при изучении тепловых процессов его расчленяют на более простые явления. Различают три вида переноса теплоты: теплопроводность, тепловое излучение и конвекция.

      Явление теплопроводности состоит  в том, что перенос  теплоты происходит путем непосредственного соприкосновения между микрочастицами (молекулами, атомами, электронами) – от частицы с большей энергией к частице с меньшей энергией, т.е. процесс переноса теплоты теплопроводностью протекает по молекулярному механизму. В подвижных средах (жидкость, газ), при турбулентном режиме движения потока молекулярный механизм переноса теплоты, т.е. теплопроводность, имеет существенное значение в тонких, пограничных с твердой стенкой слоях. При ламинарном движении потока или в неподвижной жидкости теплопроводность может быть основным видом переноса теплоты. Поскольку теплопроводность - явление молекулярное, то на скорость процесса переноса теплоты теплопроводностью существенное влияние оказывают структура и свойства вещества (например, для подвижных сред – вязкость, плотность и т.д. 

Основы  теплопередачи

      Перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку называют теплопередачей. Оба вещества, участвующих в теплопередаче, называют теплоносителями (один, более нагретый – горячим, а другой, менее нагретый – холодным теплоносителем).

      Иногда, в случае возможности смешения теплоносителей теплопередачу осуществляют непосредственно соприкосновением (смешением) этих теплоносителей. При этом процесс теплопередачи протекает значительно эффективнее, а аппаратурное оформление процесса существенно упрощается. Поскольку в технике перенос теплоты при непосредственном контакте теплоносителей встречается довольно редко, то в дальнейшем основное внимание будет уделено теплопередаче от одной среды к другой через разделяющую стенку. 
 

Основное  уравнение теплопередачи

      Для расчета теплообменных  аппаратов широко используют кинетическое уравнение, которое выражает связь между тепловым потоком Q и поверхностью F теплопередачи, называемое основным уравнением теплопередачи:

,

где К – кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи), характеризующий скорость переноса теплоты; - средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор), по поверхности теплопередачи; - время.

      Для непрерывного процесса теплопередачи:

,

      Тепловой  поток Q обычно определяют из теплового баланса. При этом в общем случае (без учета потери теплоты в окружающую среду).

,

где Q₁ – количество теплоты, отдаваемое горячим теплоносителем; Q₂ - количество теплоты, принимаемое холодным теплоносителем; G₁ и G₂ - расход соответственно

горячего  и холодного теплоносителей; Н_1н и Н_1к - начальная и конечная энтальпия горячего теплоносителя; Н_2н и Н_2к – начальная и конечная энтальпия холодного теплоносителя.

      Если  теплоносители не меняют своего агрегатного  состояния в процессе теплопередачи (процессы нагревания и охлаждения), то уравнение теплового баланса принимает следующий вид:

,

где с₁ и с₂ – теплоемкости горячего и холодного теплоносителя (при средней температуре теплоносителя).

      Если  необходимо учесть потери теплоты в окружающую среду, то полученное по предыдущим уравнениям значение Q следует повысить на величину этих потерь. Обычно потери теплоты в окружающую среду теплоизолированными стенками теплообменников не превышают 3 – 5 % от Q.

Поскольку расчет тепловых  потоков, как правило, проводят по уравнениям теплового баланса, то основное уравнение теплопередачи обычно используют для определения поверхности теплопередачи:

      Движущая  сила процесса представляет собой среднюю разность температур между температурами теплоносителей. Наибольшую трудность вызывает расчет коэффициента теплопередачи К, характеризующего скорость процесса теплопередачи с учетом всех трех видов переноса теплоты.

      Физический  смысл коэффициента теплопередачи вытекает из уравнения:

.

      При выражении Q в ккал/ч:

, причем  .

      Следовательно, коэффициент теплопередачи  показывает, какое  количество теплоты  передается от горячего теплоносителя к холодному за 1 с через 1 м² стенки при разности температур между теплоносителями, равный 1 град.

      Таким образом, чтобы рассчитать необходимо для проведения теплового процесса поверхность теплопередачи, нужно помимо движущей силы определить коэффициент теплопередачи, значение которого зависит от ряда факторов, в том числе от вклада в общую скорость процессов переноса теплоты скоростей отдельных видов переноса теплопроводности, теплового излучения, конвекции.

      Уравнение:

,

где F_н – площадь полной наружной поверхности оребренной трубы на единицу длины, включая поверхность ребер; F_в – площадь внутренней поверхности несущей трубы на единицу длины; - коэффициенты теплоотдачи, соответственно для потока проходящего в трубном и межтрубном пространстве, Вт/(м²·К); - сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений. 
 
 

Виды  и конструкции  теплообменников

       Перенос энергии в форме тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур более нагретого и менее нагретого тел, при наличии которой тепло самопроизвольно, в соответствии со вторым законом термодинамики, переходит от более нагретому к менее нагретому телу.

       Тела, участвующие  в теплообмене,  называются теплоносителями.

  Различают три  принципиально различных  элементарных способа  распространения  тепла: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

       Теплопроводность  представляет собой  перенос тепла  вследствие беспорядочного (теплового) движения микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом. Это движение может быть либо движением самих молекул (газы, капельные жидкости), либо колебанием атомов(в кристаллической решётке твёрдых тел), или диффузией свободных электронов (в металлах).