Теплообменник для охлаждения раствора NaOH
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
Задание на проектирование
Расiитать и спроектировать теплообменник для охлаждения раствора NaOH. После выпаривания раствор с концентрацией 25% массовых долей поступает в количестве 10 м3/час. Начальная температура раствора равна температуре кипения tкип. , tк = 350С. Охлаждение производится водой начальная температура воды равна tн = 100С, конечная температура tк = 350С.
Введение
Процессы теплообмена имеют большое значение в химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно.
Теплообменниками называют аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к другим. Вещества, участвующие в процессе передачи тепла, называются теплоносителями. Теплоносители, имеющие более высокую температуру, чем нагревающая среда, и отдающие тепло, принято называть нагревающими агентами, а теплоносители с более низкой температурой, чем среда, от которой они воспринимают тепло, - охлаждающими агентами.
В химической промышленности применяют теплообменные аппараты различных типов и конструкций. К числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников относятся кожухотрубчатые теплообменники.
В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая - в межтрубном пространстве. Одноходовые и многоходовые теплообменники могут быть вертикальными или горизонтальными. Вертикальные теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшую производственную площадь. Горизонтальные теплообменники изготавливают обычно многоходовыми и работают при больших скоростях участвующих в теплообмене сред для того, чтобы свести к минимуму расслоение жидкостей вследствие разности их температур и плотностей, а также устранить образование застойных зон.
Кроме кожухотрубчатых теплообменников частоепрактическое применение находят двухтрубчатые теплообменники. Теплообменники этой конструкции, называемые также теплообменниками типа труба в трубе. Состоят из нескольких последовательно соединённых трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными трубами. Один теплоноситель движется по внутренним трубам, а другой - по кольцевому зазору между внутренними и наружными трубами.
1. Раiет тепловой нагрузки
Ввиду того, что в трубах нагревается раствор гидроксида натрия, а не вода и температура в трубах выше 60 0С, используем аппараты типа ТН или ТК. Принимаем для межтрубного пространства индекс 1, для трубного- 2.
Определение температуры кипения раствора гидроксида натрия.
Определение температуры кипения раствора гидроксида натрия производится при помощи диаграммы построенной на основе таблицы tкип-конц. (табл. XXXVI) [1,с.535]:
Конц.14,5318,3223,0826,2133,7737,58 tкип.105107110115120125
Температура кипения гидроксида натрия tкип = 113 0С
Температурная схема:
Температура охлаждающей воды: до охлаждения 10 0С - после 25 0С
Температура охлаждаемого раствора: до охлаждения 113 0С - после 35 0С
?tб = 88 0С ?tм = 25,0 0С
Средняя разность температур:
Средняя температура раствора гидроксида натрия:
t2 = tн2- ?tср = 113 0С - 50,061 0С = 62,939 0С ? 63 0С
Объёмный расход раствора гидроксида натрия: V2=10 м3/час.
V2 =10/3600 м3/с, V2 =1/360 м 3/с; V2 = 0,0027778 м3/с.
Плотность раствора гидроксида натрия: (табл. IV) [1,с.512]:
t \ ww=20%w=30%w=25%t=100 0С117012761223t=120 0С115512611208
tкип = 1130С; w=25%
?2 = 1208+(113 -100) (1223 -1208)/20 =1217,75 ? 1218 кг/м3
Массовый расход раствора гидроксида натрия:
G2 = V2?2 =(101217,75 )/3600=3,3826кг/с
Средняя удельная теплоемкость раствора гидроксида натрия (при 63 0С) [9, с.80]:
ЭлементNaOH Q (кДж/кгК)26,016,89,6
СNaOH =26,0 +16,8+9,6=1,31 кДж/кгК
СNaOH =1,31 кДж/кгК. Своды = 4,18 кДж/кгК. (табл. XXXIX) [1, с.537].
Сраст = Своды Хводы + СNaOH ХNaOH = 4,180,75 +1,310,25 = 3,4625кДж/кгК
Сраст = 3462,5 Дж/кгК
Получаемое тепло от охлаждения раствора гидроксида натрия:
Q=G2C2(t2к-t2н)=3,38263462,5 (35 -113)= - 913556Дж/кгК
Расход охлаждающей воды с учетом потерь холода в размере 5% теплоты:
V1 = G1/?1 = 15,262/998 = 0,015293 м3/с.
Где С1 = 4,19 кДж/кгК - удельная теплоёмкость воды (табл. XXXIX) [1, с.537].
Ориентировочно определяем максимальную величину площади поверхности теплообмена. По табл. 4.8. [1, с.172]: минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена от жидкостей к жидкостям (подогреватели Кmin = 800 Вт/(м2К)). При этом:
Fmax = Q/Kmin ?tср = 913556/(80050,061)=22,811м2
2. Ориентировочный выбор теплообменника
Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Раствор направим в трубное пространство, так как он даёт загрязнение, охлаждающую воду - в межтрубное пространство.
В теплообменных трубах 25 х 2 мм холодильников по ГОСТ 15120-79 скорость течения рассола для обеспечения турбулентного режима при Re2 > 10 000 должна быть более:
Нахождение динамического коэффициента вязкости раствора гидроксида натрия при t2 = 63 0С
Плотность растворов гидроксида натрия в зависимости от темпер