Тема курсовой работы: Расчет схемы и процесса нагрева бинарной смеси толуол- п-ксилол в стандартном кожухотрубном теплообменнике

Курсовой проект  по предмету "Процессы и аппараты в химической технологии". 

бинарная смесь толуол (75%) - п-ксилол (25%), расход 15 т/ч ,

Проект включает в себя: теорию, расчет, чертеж кожухотрубного теплообменника, подбор насоса для прокачки бинарной смеси, реальные ссылки на источники.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 2

1 РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА.. 3

1.1 Теоретическое обоснование. 3

1.1.1 Общие понятия о теплообменных аппаратах. 3

1.1.2 Конструкция теплообменника. 4

1.1.3 Виды теплообменников. 5

1.1.4 Сведения о теплоносителе. 7

1.2 Расчёт теплообменника. 8

1.2.1 Определение средней температуры и температуры на концах
теплообменника: 8

1.2.2 Определение количество теплоты и тепловой нагрузки для нагрева
бинарной смеси. 9

1.2.3 Определение расхода водяного пара и объёмного расхода бинарной смеси. 9

1.2.4 Определение ориентировочной площади. 10

1.2.5 Расчёт скорости и сечения в трубном пространстве. 10

1.2.6 Выбор теплообменного аппарата. 11

1.2.7 Определение скорости и критерия Рейнольдса трубного пространства. 12

1.2.8 Определение объёмного расхода водяного пара. 12

1.2.9 Определение скорости и критерия Рейнольдса в межтрубном пространстве. 12

1.2.10 Расчёт критериев Грасгофа и Прандтля для бинарной смеси. 13

1.2.11 Определение критерия Нуссельта и коэффициента теплоотдачи бинарной
смеси. 14

1.2.12 Определение критерия Нуссельта, Прандтля и коэффициента теплоотдачи
водяного пара. 15

1.2.13 Определение коэффициента теплопередачи. 16

1.2.14 Определение плотности теплового потока и температуры стенки. 17

1.2.15 Определение запаса поверхности теплообменника. 17

2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ. 19

2.1 Теоретическое обоснование. 19

2.2 Расчёт трубопровода. 22

2.2.1 Проектирование трубопровода. 22

2.2.2 Определение характеристик смеси. 22

2.2.3 Перевод массового расхода жидкости к объёмному. 22

2.2.4 Определение ориентировочного диаметра трубопровода. 23

2.2.5 Выбор стандартного диаметра трубопровода. 23

2.2.6 Уточнение скорости движения жидкости. 24

2.2.7 Определение режима движения жидкости. 24

2.2.8 Определение коэффициента гидравлического сопротивления. 24

2.2.9 Нахождение коэффициентов местных сопротивлений. 25

2.2.10 Определение полной потери напора в трубопроводе. 26

2.2.11 Построение характеристики трубопроводной сети. 26

2.2.12 Выбор насоса. 28

2.2.13 Вывод. 28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 29

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: 30

ВВЕДЕНИЕ
В химической промышленности широко распространены тепловые процессы- нагревание и охлаждение жидкостей, газов и конденсация паров перед их подачей в реакторы того или иного типа и ректификационные колонны. Тепловые процессы осуществляются в теплообменных аппаратах, иначе называемые теплообменники.
Данный курсовой проект подразумевает рассчитать нагрев бинарной смеси толуол – п-ксилол за счёт тепла конденсации водяного пара до температуры кипения низкокипящего компонента, а также при заданных и рассчитанных параметрах подобрать кожухотрубчатый теплообменник, соответствующий заданным условиям.
Курсовая работа структурирована по разделам: в первой части показан расчёт и подбор теплообменного аппарата, во второй части осуществляется гидравлический расчёт, а также подбор оптимального при данных условиях центробежного насоса.

1.2 Расчёт теплообменника
Расчёт теплообменного аппарата включает определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющего заданным технологическим условиям оптимальным образом [2].
Обозначим горячий теплоноситель – водяной пар индексом «1», холодный теплоноситель -индексом «2».
1.2.1 Определение средней температуры и температуры на концах теплообменника:
Изменение температур теплоносителей зафиксируем в виде таблицы:
Таблица 1.1 - Начальные и конечные температуры теплоносителей
Теплоноситель tн
tк
Бинарная смесь 20 111
Водяной пар 152 152

где tн – начальная температура
tк – конечная температура
На основе данных таблицы 1.1 составим схему:
Бинарная смесь
20 ºС 111 ºС
Вод.пар
152 ºС 152 ºС
Рисунок 1.3 – Изменение температуры теплоносителей
Агрегатное состояние не меняется, следовательно, можно определить среднюю температуру: