Файл: Реферат по дисциплине Технология конструкционных материалов.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный университет науки и технологий

имени академика М.Ф. Решетнева»
Институт химических технологий

Реферат

по дисциплине «Технология конструкционных материалов»

Руководитель Гордеева Л.С.

(подпись, дата) инициалы, фамилия

Обучающаяся БТН20-01 Туманский С.Н.

номер группы, зачетной книжки (подпись, дата) инициалы, фамилия

Красноярск 2023


Задание
Вариант 4

Рассчитать теплообменный аппарат для подогрева 4,5 кг/с толуола от 20 °С до 110 °С. В качестве греющего агента использовать сухой насыщенный водяной пар с температурой 135 °С. Конденсат греющего пара отводить при температуре конденсации. Процесс теплопередачи считать установившимся.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Температурный режим 4

2 Тепловой баланс теплообмена 5

3 Выбор ориентировочной поверхности теплообмена 7

4 Расчет коэффициента теплоотдачи 8

4.1 Расчет коэффициента теплоотдачи для толуола 8

4.2 Расчет коэффициента теплоотдачи для водяного пара 9

5 Расчет коэффициента теплоотдачи 11

6 Уточненный расчет коэффициента теплоотдачи 12

7 Выбор поверхности теплообменника 14

Список использованных источников 17

1 ТМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ

Температурная схема изображена на рисунке 1
135 →135

20 →110

Δt_б = 135 – 20 = 115; Δt_м = 135 – 110 = 25.
Рисунок 1 - Температурная схема процесса
Находим отношение:
=4,6 °С.
Так как ≥2, то среднюю разность температур теплоносителей ,°С, рассчитываем по формуле

---

(1)

При установке всех значений в формулу (1) получаем:
=59 °С.
Определим среднюю температуру , °С, по формуле
135-59=76 °С. (2)

2 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ТЕПЛООБМЕНА

Объёмный расход толуола V_2, /с, рассчитывают по формуле
V₂ = (3)
где ρ₂ = 816 кг/м³ – плотность толуола при t₂ = 76 °С (таблица IV [1]);

G₂=4,5 кг/с –расход толуола.
При установке всех значений в формулу (3) получаем:
V₂= =5.55× /с .

Расход теплоты на нагрев толуола Q ,Вт, рассчитывают по формуле
Q=G₂∙c₂∙(t_2к-t_2н) (4)
При установке всех значений в формулу (4) получаем:
Q =4,5∙802∙90=729 810 Вт.
где с₂= 802 Дж/(кг·К) – средняя удельная теплоёмкость четыреххлористого углерода температуре t₂=76 °С (рисунок XI [1]).
Расход сухого греющего пара с учетом 7 ,%, потерь теплоты G₁ ,кг/с, определяют по формуле

(5)

где r = 2165 кг/с –удельная теплота конденсации водяного пара (таблица LVII [1]). r = 2165 кг/с.

х– паросодержание греющего пара.
При подстановке всех значений в формулу (5), получаем
G₁ =0,3796 кг/с.

3 ВЫБОР ОРИЕНТИРОВОЧНОЙ ПЛОЩАДИ ТЕПЛООБМЕННИКА

Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена F

---

_max ,м², по формуле
(7)

где К_min- минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от конденсирующегося водяного пара к органическим жидкостям (таблица 4.8 [1]). К_min=120 Вт/( м² К))
При подстановке всех значений в формулу (7), получаем
F_max= =103,08 м².
Для обеспечения турбулентного течения толуола при Re>10000 скорость в трубах должна быть больше , м/с, которая рассчитывается по формуле
=0,199 м/с (8)

где	μ2	– динамический коэффициент вязкости толуола при средней температуре t2 =76 °С (таблица VI [1]), μ2 = 0,341·10-3 Па·с;
	d2	– внутренний диаметр труб, d2 = 0,021 м;
	ρ2	– плотность толуола при t2=76 °С (таблица IV [1]), ρ2 = 816 кг/м3.

При подстановке всех значений в формулу (8), получаем
=0,199 м/с.
Число труб 25х2 ,мм, обеспечивающих объёмный расход толуола при Re₂ = 10000 рассчитывается по формуле
(9)
При подстановке всех значений в формулу (9), получаем

n =80,56.
Условию n<80,56 и F<103 м² удовлетворяют два теплообменника:

а) четырехходовой, диаметром 600 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=51,5 (общее число труб 206);

б) шестиходовой, диаметром 600 мм с числом труб на один ход трубного пространства n=49 (общее число труб 196).

Выбираем четырехходовой аппарат, как более простой.

4. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ

---

4.1 Расчет коэффициента теплоотдачи для толуола

Коэффициент теплоотдачи ,Вт/(м²·К), для толуола рассчитывается по формуле
(10)

Уточняем значение критерия Рейнольдса Re₂
(11)
При подстановке всех значений в формулу (11), получаем
Re₂= =15 648.
Критерий Прандтля для толуола при средней температуре t₂ = 76, °C рассчитывается по формуле
(12)

где	λ2	– коэффициент теплопроводности толуоло при t2=76, °С (рисунок X [1]), λ2 = 0,153Вт/(м·К);
	с2	– удельная теплоёмкость толуола при средней t2 = 76 ,°С (рисунок XI [1]), с2= 1802 Дж/(кг·К);
	μ2	– динамический коэффициент вязкости толуола при средней температуре t2 = 76 °С (таблицаVI [1]), μ2 = 0,153·10-3 ,Па·с.

При подстановке всех значений в формулу (12), получаем
Pr₂= .
Критерий Нуссельта Nu₂ при средней температуре t₂ = 76 ,°C , рассчитывается по формуле

(13)

где ε_l = 1.
При подстановке всех значений в формулу (13) получаем
Nu₂=0.021∙15 643∙4.39^0.43∙1.05∙1=97,1.
Отношение (Pr₂/Pr_ст.2)^0,25 примем равным 1,05 (с последующей проверкой).

Таким образом, при подстановке всех значений в формулу (10) коэффициент теплоотдачи для толуола равен

---

=647,5 Вт/(м²·К).

4.2 Расчет коэффициента теплоотдачи для водяного пара

Рассчитаем коэффициент ,Вт/(м²·К), теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб. Расчет осуществляем приближенно (без учета влияния поперечных перегородок)
, (14)
где ε – коэффициент, зависящий от расположения и числа труб по вертикали в пучке, для шахматного расположения труб и числе труб n_в=14, ε=0,62 (с.162 [1]);

ε_г =0,6 -коэффициент, зависящий от относительной массовой концентрации воздуха в паре - , принимаем =0,5 % (с.164 [1]);

B_t=1048 (таблица 4.6 [1]);

G₁=0,3976, кг/с;

L=3 м – длина труб (таблица 4.12 [1]).
При подстановке всех значений в формулу (14) получим:
2.02∙0.62∙0.6∙1.048∙(206/0.3796)=9268 Вт/(м²·К).

5 РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Находим сумму термических проводимостей 1/∑r_ст ,Вт/м²·К стенки и загрязнений по формуле:
, (13)
где 1/r _загр.1 - тепловая проводимость загрязнений стенки со стороны греющего пара. Примем 1/r _загр.1=5800 ,Вт/(м²·К) (таблица XXXI [5]) ;

1/r_загр.2 - тепловая проводимость загрязнений стенки со стороны толуола. Принимаем 1/r_загр.2=5800 ,Вт/(м²·К) (таблица XXXI [5]) ;

λ_ст - коэффициент теплопроводности стали. Принимаем λ_ст = 46,5 ,Вт/(м·К) (таблица XXVIII [5]);

δ- толщина стенки. Принимаем δ = 0,002 м.
При подстановке всех значений в формулу (13) получаем
Вт/м²·К.
Коэффициент теплопередачи ,Вт/(м²·К), рассчитывается по формуле

, (14)

При подстановке всех значений в формулу (14) получим

---