Файл: Контрольная работа по дисциплине Машины и аппараты химических производств.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего образования

Волгоградский государственный технический университет

Вечерний технологический факультет
Кафедра «Процессы и аппараты химических и пищевых производств»


КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине «Машины и аппараты химических производств»

вариант № 19

Выполнил:

студент группы ЭРЗ-392с

Солодунов А.С.

Проверила:

доцент кафедры ПАХПП, к.т.н.

Шибитова Н.В.

Работа защищена

с оценкой___________

Волгоград 2023 г.
Содержание
Введение……………………………………………………………………3

Задание…………………………………………………………………….. 5

1. Расчёт поверхности спирального конденсатора………………………6

Cписок использованной литературы ……………………………….. 9

Введение
Спиральные теплообменники. Такой теплообменник состоит из двух спиралей, входящих одна в другую и образующих таким образом каналы четырехугольного сечения, боковые стенки которых образуют две торцевые крышки. Перегородка в центре теплообменника разделяет полости входа и выхода теплоносителей.

Преимущества спиральных теплообменников:

- компактность;

- малые гидравлические сопротивления;

- возможность работы со средами содержащими мезгу, волокна, твердый осадок (до 20 %), а также с вязкими средами

- высокий коэффициент теплообмена (до 2-3 раз выше, чем у трубчатых теплообменников);

- легкая очистка механическим и химическим способом;

- низкие потери давления.

Недостатки:

- сложность изготовления и ремонта;

- невозможность применения при давлении рабочих сред свыше 10 кгс/см².

Спиральные теплообменники могут использоваться как для теплообмена между двумя жидкими теплоносителями, так и для теплообмена между конденсирующимся паром и жидкостью.

---

Задание

Рассчитать необходимую поверхность спирального теплообменника для конденсации паров органической жидкости в количестве G, кг/ч. Тепло конденсации отводится водой с начальной температурой T_н, и температурой T_к. Подобрать нормализованный теплообменный аппарат по каталогу(показать на рисунке).

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

Рабочая среда	Назначение и тип аппарата	Расход G , кг/ч	температура
			Tн	Tк
ацетон	Конденсатор спиральный	7500	8	12

Температура кипения ацетона равна температуре конденсации

t_кип=t_кон=56^◦C

Таблица 2 – Физико- химические свойства ацетона при температуре конденсации

λ1, Вт/м·К	ρ1, кг/м3	μ1, Па·с	r1, Дж/кг (56◦C)
0,139	750	0.236 10-3	525000

Охлаждение осуществляется водой с t_2н=8^◦ и t_2k=12^◦C.

Таблица 3 – Физико-химические характеристики воды при средней температуре t_ср=(8 + 12)/2=10^◦C.

λ 2, Вт/м·К	ρ2, кг/м3	μ2 , Па·с	Pr
0,578	999	1,31·10-3	9,52

Расчёт поверхности спирального конденсатора
1. Тепловая нагрузка аппарата определяем по уравнению (1):

Q = G₁ · r₁ , (1)

r– удельная теплота фазового перехода ацетона, Дж/кг,

Вт.

2. Расход холодной воды определяем по уравнению (2):

, (2)

где с

---

_В – удельная теплоемкость воды, с_р = 4190 Дж/кг∙К.[1]

кг/c.

3. Температура конденсации равна 56°С



t_н 56ºС t_к



t_К= 12º С

t_Н=8ºС



Рисунок 1 – Температурная диаграмма
∆t_б = t_н1 – t_н = 56° – 8° = 48°C

∆t_м = t_н1 –t_к = 56° – 12° = 44°C

Для определения движущей силы ∆t_cp

,

, (3)

^◦C.

4. Ориентировочное значение требуемой поверхности определяется по уравнению (4)

. (4)

Принимаем предварительно значение коэффициента теплопередачи К_ор=300 Вт/(м²К).[1]

м².

Выбираем предварительно теплообменник со следующими параметрами:

– поверхность теплообмена F = 80 м³;

– ширина канала b = 8 мм;

– ширина ленты 1_л= 1000 мм;

– длина канала L=40,0 м;

– толщина стенки δ=3,9 мм;

2. Уточненный расчет спирального теплообменника

При уточненном расчете определяются коэффициенты теплоотдачи для обеих теплоносителей с использованием критериальных уравнений.

При малой разности температур между теплоносителями допускается рассчитывать коэффициенты α₁ и α₂ по критериальному уравнению.

(5)

Значение критерия ₁ для горячего теплоносителя определим по уравнению(6)

---

(6)

Скорость горячего теплоносителя в канале теплообменника определяем по уравнению(7)

, (7)
1_л – ширина ленты, м.

Значение критерия Pr определяем по уравнению(8)

, (8)

Значение коэффициента теплоотдачи горячего теплоносителя определим по уравнению (9):

, (9)

,

,

,

,

.

Для холодного теплоносителя

,

,

,

,

Рассчитываем общий коэффициент теплопередачи по уравнению(10)

, (10)

где – термическое сопротивление загрязнений ацетона, (м²К/Вт);[1]

– термическое сопротивление загрязнений воды, (м²К/Вт);[1]

δ – толщина стенки, м;[1]

λ – коэффициент теплопроводности стени, Вт/м∙К.[1]

Вт/м²∙К

Требуемая площадь поверхность теплообменника определяется по уравнению (4)

м²

После уточненного расчета выбираем теплообменник в соответствием с ГОСТ12067-72 [2]

Таблица 2 - Параметры выбранного теплообменника

поверхность теплообм., м2	ширина канала, мм	Длина канала, м	Площадь сечения канала, м2х104	Масса теплообм. кг н/б	Диаметр штуцеров, мм
80	8	40,0	80	5500	150

---

В выбранном теплообменнике запас поверхности составляет:





Рисунок 2 – Эскиз спирального теплообменника


Список использованной литературы

1. 
   Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. ­– М.: «Химия», 2010.
   
2. 
   Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. ­– М.: М.«Химия», 2017 г.
   

3. Методика расчета и выбор спирального теплообменника / сост. Н. В. Шибитова, Н. С. Шибитов, А. Е. Новиков; ВолгГТУ. – Волгоград, 2018. – 24 с.

---