Файл: Реферат по дисциплине Технология конструкционных материалов.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«Сибирский государственный университет науки и технологийимени академика М.Ф. Решетнева»Институт химических технологийРефератпо дисциплине «Технология конструкционных материалов»Руководитель Гордеева Л.С. (подпись, дата) инициалы, фамилияОбучающаяся БТН20-01 Туманский С.Н.номер группы, зачетной книжки (подпись, дата) инициалы, фамилия Красноярск 2023ЗаданиеВариант 4Рассчитать 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 42 Тепловой баланс теплообмена 53 Выбор ориентировочной поверхности теплообмена 74 Расчет коэффициента теплоотдачи 84.1 Расчет коэффициента теплоотдачи для толуола 84.2 Расчет коэффициента теплоотдачи для водяного пара 95 Расчет коэффициента теплоотдачи 116 Уточненный расчет коэффициента теплоотдачи 127 Выбор поверхности теплообменника 14Список использованных источников 17

1 ТМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ

Температурная схема изображена на рисунке 1135 →13520 →110Δt_б = 135 – 20 = 115; Δt_м = 135 – 110 = 25.Рисунок 1 - Температурная схема процессаНаходим 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 формулеQ=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), получаемG₁ =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), получаемF_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), получаемn=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), получаемRe₂= =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), получаемPr₂= .Критерий Нуссельта Nu₂ при средней температуре t₂ = 76 ,°C , рассчитывается по формуле (13) где ε_l = 1. При подстановке всех значений в формулу (13) получаемNu₂=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

---