Процессы и аппараты химических производств

метки: Процесс, Химический, Технология, Производство, Курсовой, Работа, Аппарат, Температура

Энгельсский технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего образования

«Саратовский государственный технический

университет имени Гагарина Ю.А.»

Контрольная работа № 2

по дисциплине «Процессы и аппараты химических производств»

студента группы ТМОБ — 41(зс)

Павлова Б.С.

Шифр 123301

Энгельс 2015

Задача 1 . Определить скорость осаждения в воде частиц кварцевого песка шарообразной формы диаметром D = 0,15 мм, если плотность песка с = 2650 кг/м³ , а температура воды t =15 єС.

Решение

Находим критерий Архимеда

Ar=D ³ (с — с_ср )с_ср g/м² _ср ,

где м _ср и с_ср — вязкость и плотность воды при средней температуре.

Для воды при t =15 єС с _ср = 999 кг/м³ , м_ср = 1140·10-⁶ Па·с [1, табл. ХХХIХ].

Ar= (0,15·10- ³ )³ (2650 — 999)999·9,81/(1140·10-⁶ )² = 42.

По найденному значению критерия Архимеда определяем критерий Рейнольдса Re = 1,8 [1, рис. 3.1]. температура рейнольдс изоляция кварцевый

Вычисляем скорость осаждения

Задача 2 . Определить диаметр шарообразных частиц твердого вещества, имеющего плотность с = 2650 кг/м³ , которые начнут переходить во взвешенное состояние при скорости потока воздуха w= 1,5 м/с и температуре t =18 єС.

Решение

Величина критерия Лященко определяется по формуле

где с _с — плотность среды, кг/м³ ; м_с — динамический коэффициент вязкости среды, Па·с.

Плотность воздуха можно рассчитать по формуле [1, (1.5)]

1,293 1,213 кг/м ³ .

При t =18 єС м _с = 0,018 мПа·с [1, рис. VI].

Ly =

По графику [1, рис. 3.8] при найденном значении Ly определяем критерий Архимеда Ar = 4,5·10 ⁶ .

Из уравнения

находим диаметр частиц

3,6м.

Задача 3 . Определить часовую потерю тепла одним погонным метром стального трубопровода, изолированного слоем асбеста и слоем совелита:

Очистка и повторное использование технической воды и промышленных стоков

... д^& " число Архимеда; рв, – соответственно плотность и вязкость чистой воды. Вязкость и плотность таких систем могут меняться ... оборудование для очистки технической воды и промышленных стоков При очистке сточных вод промышленных технологий применяют ... частиц Шо, зависящая от размеров частиц d, плотности р т твердых частиц, их формы, плотности рсв и вязкости цсв сточной воды, скорости движения воды ...

Наружный диаметр трубопровода — = 54 мм

внутренний диаметр трубопровода — = 60 мм

толщина слоя асбеста — S =15 мм

толщина слоя совелита — = 20 мм

температура внутренней поверхности трубы — =120 єC

температуры наружной поверхности трубы — =10 єC

Начертить схему разреза трубопровода с изоляцией. Потери тепла определить по формуле для цилиндрической стенки.

Решение

На рис.1 дан схематический разрез стенки трубопровода, покрытого изоляцией.

[Введите текст]

Рис. 1. Схема разреза трубопровода с изоляцией

Потери тепла определяем по уравнению для многослойной цилиндрической стенки

где L — длина трубы, м; л _ст — коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/(м·К); л₁ и л₂ — коэффициенты теплопроводности асбеста и совелита, Вт/(м·К).

Наружный диаметр слоя асбеста d ₁ равен

d ₁ = d_н + 2S₁ = 0,060 + 2·0,015 = 0,09 м.

Наружный диаметр слоя совелита d ₂ равен

d ₂ = d₁ + 2S₂ = 0,09 + 2·0,02 = 0,13 м.

Коэффициенты теплопроводности определяем по табл. XXVIII [1]: для стали л _ст = 46,5 Вт/(м·К); для асбеста л₁ = 0,151 Вт/(м·К); для совелита л₂ = 0,098 Вт/(м·К).

Потери тепла

Задача 4 . Вычислить коэффициент теплоотдачи для воды, подогреваемой в трубчатом теплообменнике, состоящем из труб диаметром d = 10 мм. Вода идёт по трубам со скоростью w = 2,2 м/с. Средняя температура воды t_в = 60,5 єС, температура стенки t_с = 110 єС. Длина трубы L = 2 м. Толщина стенки трубы 2,5 мм.

Решение

Определяем режим течения воды:

где с — плотность воды, кг/м ³ ; м — кинематический коэффициент вязкости воды, Па·с.

При средней температуре воды t _в = 60,5 єС с = 982,8 кг/м³ [1, табл. IV], м = 0,4653·10-³ Па·с [1, табл. VI].

> 10 ⁴ — турбулентный режим.

Расчетное уравнение [1, (4.17)]:

где е _l — коэффициент, учитывающий влияние отношения длины трубы к ее диаметру; Pr и Pr_ст — критерий Прандтля при температуре среды и при температуре стенки.

Для воды при t _в = 60,5 єС Pr = 2,958; при t_с =110 єС Pr_ст = 1,58 [1, табл. XXXIX].

При L/D = 2/0,01 = 200 и Re = 46468 е _l = 1 [1, табл. 4.3].

Критерий Нуссельта

Nu = 0,021·46468 ^0,8 ·2,958^0,43 (2,958/1,58)^0,25 ·1 = 212.

Коэффициент теплоотдачи

212·0,66/0,01 = 13992 Вт/(м ² ·К),

где л = 0,66 Вт/(м·К) — коэффициент теплопроводности воды при 60,5 єС [1, табл. XXXIX].

Техническое перевооружение цеха по ремонту насосно-компрессорных труб

... техническое перевооружение участка цеха по обслуживанию и ремонту НКТ Защита насосно-компрессорных труб ... работы. Целью данного дипломного проекта является разработка проектаучастка по обслуживанию и ремонту насосно-компрессорных труб ... и являются хладостойкими до температуры минус 60С. Трубы изготовляются из стали марок: ... стенки: 5,0; 5,5; 6,5; 7,0мм Группы прочности: Д, К, Е Насосно-компрессорные трубы ...

Задача 5.

Решение

Температура конденсации насыщенного водяного пара при Р=2 ата t _s = 119,6 єС [1, табл. LVII].

Температурная схема процесса:

119,6 Ї119,6

5>50

Д t _б =114,6Дt _м =69,6

1,65<2>Д t _ср =0,5(Дt _б +Дt _м )=0,5(114,6+69,6)=92,1 град.

Средняя температура воды

t _в =0,5(5+50)=27,5єC.

по справочным данным [1, табл. XXXIX] определяем теплофизические свойства воды при t _в =27,5°C плотность с_в = 996,5 кг/м³ ; вязкость м_в = 0,853 мПа?с; коэффициент теплопроводности л_в = 0,613 Вт/(м?К); теплоемкость с_в = 4182,5 Дж/(кг?К); критерий Прандтля Pr_в = 5,82.

Расход воды

V = 10/3600 = 0,0028 м ³ /с;

G _в = V с_в = 0,0028·996,5 = 2,768 кг/с.

Расход теплоты на нагрев воды

Q = G _в c_в (t₂ — t₁ ) = 2,768·4182,5(50 — 5) = 520972,2 Вт.

Расход сухого греющего пара с учетом 5% потерь теплоты:

D = 1,05Q/r = 1,05·520972,2/2208000 = 0,25 кг/с,

где r — удельная теплота конденсации водяного пара [1, табл. LVII].

Ориентировочно определяем максимальную величину площади теплопередачи, полагая К _мин =800 Вт/(м² ?К) [1, табл. 4.8]:

7,07 м ² .

Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать теплообменный аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителя (воды) в трубах.

В теплообменных трубах диаметром 252 мм кожухотрубчатых теплообменных аппаратов по ГОСТ 15122-79 скорость течения воды при Re>10 ⁴ должна быть более:

• Число труб, обеспечивающих объёмный расход воды при Re>10 ⁴ :

• Условиям n <
• 20 и F<7,07 м ² удовлетворяет одноходовый теплообменник диаметром кожуха 159 мм с числом труб 25Ч2 мм n = 13.

Рис. 2. Схема вертикального бойлера

Скорость и критерий Рейнольдса для воды

где S _тр =0,5?10-² м² — проходное сечение трубного пространства;

Расчетное уравнение:

где е _l — коэффициент, учитывающий влияние отношения длины трубы к ее диаметру; Pr_в и Pr_ст.в — критерий Прандтля при температуре среды и при температуре стенки.

Так как температура стенки t _ст.в нам неизвестна, задаемся значением множителя =1,18 с последующей проверкой.

Nu _в =0,021?13738^0,8 ?5,82^0,43 ?1,18?1=108.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде:

3153 Вт/(м ² ?К).

Находим коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара к поверхности вертикальных труб по формуле:

где А _t — функция для воды; Н — высота труб, м; Дt_конд — разность между температурой конденсации пара и температурой стенки со стороны пара, єС.

Реальные рабочие тела – вода и водяной пар. Параметры и функции ...

... с состоянием вещества, а также с термодинамическими процессами в области насыщенных и перегретых паров, можно производить или с помощью таблиц воды и водяного пара (см. таблицы № 5 – № 7, № 9 приложения), или с помощью ... рабочего тела по каналу знаки dw и dp противоположны. Если dP > 0, то газ сжимается, а его скорость будет уменьшаться dw < 0 и устройства, в которых такие ...

При t _s = 119,6 єС А_t = 7234,4 [1, табл. 4.6]. Принимаем Н = 3 м. Получим:

Коэффициент теплопередачи К рассчитываем методом последовательных приближений.

Для установившегося процесса передачи тепла справедливо уравнение

где q — удельный тепловой поток, Вт/м ² ; Дt_ст — перепад температур на стенке, °С; Уr_ст — суммарное термическое сопротивление слоев загрязнений и стенки, м² ·К/Вт; разность между температурой стенки со стороны воды и температурой воды, °С.

Принимаем термическое сопротивление загрязнений со стороны воды r _з,в = 1/2900 м² ·К/Вт; со стороны пара r_{з, конд} = 1/5800 м² ·К/Вт [1, табл. XXXI]. Коэффициент теплопроводности стали л_ст =46,5 Вт/(м?К) [1, табл. XXVIII].

Уr _ст = r_{з, в} +д_ст /л_ст + r_{з, конд} = 1/2900 + 0,002/46,5 + 1/5800 = 5,6·10-⁴ м² ·К/Вт.

В первом приближении примем 15 °С. Тогда

_конд = 11213,8=11213,8·15-^0,25 = 5698,1 Вт/(м² ?К).

5698,1?15=85471,5 Вт/м ² ;

85471,5?5,6?10 ^-4 =47,86 град.;

• =—92,1 — 15 — 47,86 = 29,24 град.;

3153?29,24 =92194 Вт/м ² .

Расхождение 8% > 3%.

Во втором приближении примем 16 °С.

_конд = 11213,8·16-^0,25 = 5606,9 Вт/(м² ?К).

5606,9·16 =89710,4 Вт/м ² ;

89710,4?5,6?10 ^-4 =50,2 град.;

• = 92,1- 16 — 50,2 = 25,9 град.;

3153?25,9 =81662,7 Вт/м ² .

Расхождение 9% > 3%.

Для расчета в третьем приближении строим графическую зависимость удельной тепловой нагрузки от разности температур между паром и стенкой и определяем (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость удельной тепловой нагрузки q от разности температур

15,4 °С;

_конд = 11213,8·15,4-^0,25 = 5660 Вт/(м² ?К).

5660·15,4 =87164 Вт/м ² ;

87164?5,6?10 ^-4 =48,81 град.;

• = 92,1- 15,4 — 48,81 = 27,89 град.;

3153?27,89 =87937 Вт/м ² .

Расхождение 0,9% < 3% — расчет коэффициентов теплоотдачи закончен.

Проверяем принятое значение :

t _ст.в = t_в + = 27,5 + 27,89 = 55,39 єС;

Pr _{ст .в} = 3,26 [1, табл. XXXIX];

= (5,82/3,26) ^0,25 = 1,156.

Было принято =1,18 — разница не превышает допустимого значения 3%.

Коэффициент теплопередачи:

Рассчитываем требуемую площадь поверхности теплопередачи:

5,96 м ² .

Теплообменник с Н = 3 м имеет площадь поверхности теплообмена F _ст = 3 м² . Значит, нам понадобится два таких аппарата.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kontrolnaya/protsessyi-i-apparatyi-himicheskih-proizvodstv/

Теплообмен и теплопередача

... (процесс теплопередачи). Тепловой поток от горячего теплоносителя с расходом G 1 и начальной температурой t1 передается через стенку, толщиной дк холодному продукту в аппарате в количестве G2 и начальной температурой t2 . Таким ...

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии/ Под ред. П.Г. Романкова — Л.: Химия, 1987.-576 с.