Определение коэффициентов нагрева и теплоотдачи

Определение температуры внутренней поверхности обмуровки аппарата. Изменение исходного значения плотности для метана с учетом изменения давления и средней температуры. Расчет суммарного коэффициента теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием.

Рубрика Химия
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 21.02.2016
Размер файла 268,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В. Г. ШУХОВА

КАФЕДРА НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: Процессы и аппараты химической технологии

Выполнил: Белозорова Оксана Дмитриевна

Студент 3 курса 1 группы

Института дистанционного образования

Белгород, 2016

Задача 1

Найти температуру внутренней поверхности обмуровки аппарата, если температура на наружной поверхности ее t3.Толщина обмуровки Температура обмуровки на глубине 1 от наружной поверхности обмуровки t2. Исходные данные приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Исходные данные к задаче 1

N п/п

, мм

1,мм

t2,°С

t3,°С

7

160

40

95

60

Решение:

Рассмотрим уравнение теплопроводности для установившегося теплового потока через однослойную плоскую стенку:

,

где q -- удельный тепловой поток;

-- коэффициент теплопроводности;

-- температуры горячей и холодной поверхности стенки.

Отсюда получаем, что

Тогда имеем:

Ответ: Температура внутренней поверхности обмуровки аппарата.

Задача 2

Газ под избыточным давлением Ризб. проходит по межтрубному пространству кожухотрубного теплообменника параллельно трубам со скоростью х. Средняя температура газа t. Теплообменник состоит из 40 стальных труб диаметром 18 Ч 2 мм, заключенных в кожух, внутренний диаметр которого 200 мм. Определить коэффициент теплоотдачи, исходные данные приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Исходные данные к задаче 2

N п/п

Газ

Ризб., ат.

t, °С

х, м/с

7

СН4

4.0

80

6.5

Решение:

Так как наш рассматриваемый газ (метан) протекает при избыточном давлении, то рассчитаем рабочее давление протекание газа:

Pраб=Pбар + Pизб = 101325+4·101325= 506625 Па

С учетом изменения давления и средней температуры изменится и исходное значение плотности для метана и рассчитывается откорректированное значение по следующей формуле:

кг/м3

Определим массовый расход метана:

G=

где n -- количество труб;

d -- наружный диаметр трубы;

х-- скорость движения метана по трубам;

-- плотность метана.

Тогда G = 0,785·40·0,0004·6,5·2,78 = 0,227 кг/с

Определяем режим течения метана:

,

где м -- динамический коэффициент вязкости метана (м=11,2 ·10-6 Па·с при T = 300 K).

Тогда

Так как число Рейнольдса больше 10 000, то имеем турбулентный поток и расчетная формула для многоатомного газа (метана) имеет следующий вид:

Nu=0,021·еl·Re0,8и так как по условию не указана длина труб, то пренебрегаем значением поправочного коэффициента и получим следующее выражение:

Nu= 0,021·Re0,8 = 0,021·(32267)0,8 = 84,96

Также Nu = бd/л,

где б -- искомая величина коэффициента теплоотдачи;

л -- коэффициент теплопроводности газа.

0,25·(9)· = 0,25·(9Cp - 5Cv)м = (2,25 Cp - 1,25 Cv)м = 3,24·10-2Вт/м·К

Тогда б = Nuл/d = 84,96·3,24·10-2/2·10-2 = 137,64 ? 138

Ответ: коэффициент теплоотдачиб =138.

Задача 3

Воздух с температурой t и относительной влажностью ц охлаждается в трубчатом противоточном теплообменнике до точки росы. Охлаждающая вода нагревается от 15 до 25°С. Определить расход охлаждаемого воздуха, если поверхность теплообменника S, а коэффициент теплопередачи К. Исходные данные приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

N п/п

t,°С

ц, %

S,м2

К, Вт/(м2· К)

7

60

10

13

47

Решение:

Количество теплоты в трубчатом противоточном теплообменнике определяется по формуле:

где - коэффициент теплопередачи

К=47 Вт/(м2-К).

- поверхность теплообменника 13 м2,

- средняя температура процесса. Составляется температура схема процесса, при параметрах t = 60°С и = 0,1точки росы по рис. 10.1 tp = 18 °C (по графику Рамзина определяем точку с параметрами t = 60°С и = 0,1 и опускаемся вертикально вниз до линии =100% и получаем значениеtp = 20 °C)

60 18

25 15

Дtм = 18-15=3С

С

С.

Q = 47·13·13 = 7943Вт

Определяем расход воздуха:

кг/ч

Ответ: Расход охлаждаемого воздухаL = 681 кг/ч

Задача 4

Определить производительность вытяжного вентилятора для сушилки, построенной в городе N (для летних условия), в которой из высушиваемого материала удаляется W влаги. Отходящие газы имеют следующие параметры: температуру t2и относительную влажность ц2. Исходные данные приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Nп/п

Город

W, кг/ч

t2, °С

ц2, %

7

Новгород

110

45

60

Решение

Согласно таблице XLсредняя температура и влажность для летних условий следующая:

t0 = 17,6 °C

ц0 = 78 %

Удельный объем влажного воздуха определяем по следующей формуле:

где -- газовая постоянная для воздуха, равная 287 Дж/(кг·К);

T -- температура воздуха, К;

П -- общее давление паровоздушной смеси, Па (примем 750 мм рт.ст.=);

= pп-- парциальное давление водяного пара, Па

На рис 10.1 определяем парциальное давление для параметров отходящих газов и получим pп = 43 мм.рт.ст. = 5733 Па

Тогда

м3/кг

Производительность определяется по формуле:

V = ·L,

Где L -- расход сухого воздуха.

Определяем расход сухого воздуха по формуле:

L = W·l,

где l -- удельный расход сухого воздуха, кг/кг испаряемой влаги.

Удельный расход сухого воздуха определяем по следующей формуле:

где -- начальное и конечное влагосодержание воздуха.

Начальное и конечное влагосодержание воздуха определяем из диаграммы Рамзина

Для t0 = 17,6 °C, ц0 = 78 % получим x0 = 0,005 кг/кг

Для t2 = 45 °C, ц2 = 60 % получим x2 = 0,035 кг/кг

Тогда удельный расход сухого воздуха:

кг/кг

Исходя из этого, получим расход сухого воздуха:

L = W·l=110·33,3 = 3663 кг/ч

Тогда производительность:

V = 0,89·3663 = 3260 м3

Ответ: производительность вытяжного вентилятора для сушилки

V = 3260 м3/ч.

Задача 5

Аппарат изолирован слоем изоляционной массы, имеющей коэффициент теплопроводности л. Температура наружной поверхности металлической стенки аппарата t1. Найти достаточную толщину изоляционного слоя, чтобы температура его поверхности не превышала t2 при температуре окружающего воздуха tо. Исходные данные приведены в таблице 4.5.

Таблица 4.5

N п/п

л, Вт/(м · К)

t1 °С

t2. °С

to. °C

7

0.4

500

50

23

Решение:

Определим суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией по уравнению:

теплоотдача метан давление температура

б = 9,74 + 0,07Дt,

где б -- суммарный коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией;

Дt -- разность температур поверхности аппарата и окружающего воздуха.

Тогда

б = 9,74 + 0,07Дt = 9,74 + 0,07·(50-23) = 11,63 Вт/(м2·K)

Удельный тепловой поток:

q = б·(t2-to) = 11,63·(50-23) = 314 Вт/м2

Принимая приближенно, что все термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, можно написать:

Откуда толщина слоя изоляции:

Ответ: достаточная толщина изоляционного слоя составляет

.

Задача 6

В теоретической сушилке производительностью G1 высушивается материал от влажности U1 до U2. Показание психрометра на входе в калорифер to = 18°С и tм= 15°С. Выходящий из сушилки воздух имеет температуру t2 и влажность ц2. Давление пара в калорифере Р = 2,5 ат, коэффициент теплопередачи К. Определить расход греющего пара и поверхность нагрева калорифера. Исходные данные приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6

N

п/п

G1,Кг/ч

U1, %

U2. %

t2.°С

ц2. %

К, Вт/(м2· К)

7

750

34

7

40

80

36

Решение:

Определяем площадь поверхности нагрева калорифера по следующей формуле:

,

где Q -- общий расход теплоты;

K -- коэффициент теплопередачи;

-- средняя температура процесса.

40 33

18 15

Дtм = 18-15=3С

ДtБ = 40-18=22С

С.

Определяем количество испаряемой влаги по формуле:

,

где -- начальное и конечное влагосодержание воздуха

По показанию психрометра на входе в калорифер определим влажность:

Это значение определяется исходя из таблицы, приведенной ниже

Далее по диаграмме Рамзина определяем начальное и конечное влагосодержание воздуха:

Для t0 = 18 °C, ц0 = 73 % получим x0 = 0,012кг/кг

Для t2 = 40 °C, ц2 = 80 % получим x2 = 0,04кг/кг

Тогда количество испаряемой влаги:

Определяем количество испаренной при сушке влаги:

Тогда расход греющего пара:

L = l·W = 35,7·218 = 7783 кг/ч

Удельный расход теплоты вычисляем по формуле:

q = l (I2-I0),

гдеI2иI0 -- начальное и конечное значение энтальпии, которое определяем из диаграммы Рамзина и получим:

Для t0 = 18 °C, ц0 = 73 % получим I0 = 45 кДж/кг

Для t2 = 40 °C, ц2 = 80 % получим I2 = 150кДж/кг

Тогда

q = l (I2-I0) = 35,7·105 = 3748,5 кДж/кг

Вычислим общий расход теплоты по формуле:

Q = Wq = 218·3748,5/3600 = 227 кВт

Тогда площадь поверхности нагрева калорифера по следующей формуле:

м2

Задача 7

В теплообменник поступает насыщенный водяной пар при избыточном давлении Р в количестве D и нагревает в нем жидкость от t1 до t2. Найти поверхность теплообмена и расход жидкости, если коэффициент теплопередачи К. Исходные данные приведены в таблице 4.7.

N п/п

Жидкость

Ризб, ат

D. т/ч

t1°C

t2.oС

К, Вт/(м2· К)

7

Вода

7

35

70

160

1200

Решение

Определение средней разности температур в теплообменнике и средней температуры хлорбензола.

Абсолютное давление пара равно:

Этому давлению соответствует температура конденсации воды tконд = 169 °С, среднюю разность температур определяют как:

где ?tб - большая разность температур;

?tп- меньшая разность температур;

?tср - средняя разность температур.

Среднюю температуру воды рассчитываем как:

Удельная теплота парообразования технологического пара при Рабс = 8 атм равно r=2046.53Ч103Дж/кг.

Тогда количество передаваемого тепла рассчитываем как:

Q = Dr = 9,72·2046,53·103 = 19,89 МВт

Определение ориентировочной площади поверхности теплообменника:

Определим расход воды:

Задача 8

В теплообменник поступает насыщенный водянойпар при избыточном давлении Р и нагревает в нем жидкость в количестве G от температуры t1 до t2. Определить поверхность теплообмена и расход греющего пара, если коэффициент теплопередачи К. Исходные данные приведены в таблице 4.8.

Таблица 4.8

N п/п

Жидкость

Ризб, ат

D. т/ч

t1°C

t2.oС

К, Вт/(м2· К)

7

Хлорбензол

7

170

70

150

1200

Решение

Определение средней разности температур в теплообменнике и средней температуры хлорбензола.

Абсолютное давление пара равно:

Этому давлению соответствует температура конденсации хлорбензола tконд = 200 °С, среднюю разность температур определяют как:

где ?tб - большая разность температур;

?tп- меньшая разность температур;

?tср - средняя разность температур.

Среднюю температуру хлорбензола рассчитываем как:

Определение количества тепла передаваемого в подогревателе от конденсирующего пара к хлорбензолу.

Теплоемкость хлорбензола находиться при его средней температуре:

Количество передаваемого тепла рассчитываем как:

где Q - количество передаваемого тепла, Вт

Определение массового расхода технологического пара, необходимого для нагрева хлорбензола.

Удельная теплота парообразования технологического пара при Рабс = 8 атм равно r=2046.53Ч103Дж/кг.

Тогда расход греющего пара:

Определение ориентировочной площади поверхности теплообменника:

Задача 9

В теплообменник поступает насыщенный водяной пар при избыточном давлении Р в количестве D и нагревает в нем жидкость от t1 до t2. Найти поверхность теплообмена и расход жидкости, если коэффициент теплопередачи К. Исходные данные приведены в таблице 4.9.

N п/п

Жидкость

Ризб, ат

D. т/ч

t1°C

t2.oС

S, м

7

Дифенил

7

3,5

70

160

70

Решение

Определение средней разности температур в теплообменнике и средней температуры хлорбензола.

Абсолютное давление пара равно:

Этому давлению соответствует температура конденсации дифенилаtконд = 300 °С, среднюю разность температур определяют как:

где ?tб - большая разность температур;

?tп- меньшая разность температур;

?tср - средняя разность температур.

Среднюю температуру дифенила рассчитываем как:

Удельная теплота парообразования технологического пара при Рабс = 8 атм равно r=2046.53Ч103Дж/кг.

Тогда количество передаваемого тепла рассчитываем как:

Q = Dr = 0,972·2046,53·103 = 1989227 МВт

Определение коэффициента теплопередачи теплообменника:

Теплоемкость дифенила находиться при его средней температуре:

Определим расход дифенила:

Задача 10

В теплообменник имеющий поверхность нагрева S, поступает сухой насыщенный водяной пар при избыточном давлении Р и нагревает в нем жидкость в количестве G от температуры t1 до t2. Найти расход греющего пара и коэффициент теплопередачи. Исходные данные приведеныв таблице 4.10.

Таблица 4.10

N п/п

Жидкость

Ризб, ат

G. т/ч

t1°C

t2.oС

S, м2

7

Вода

7

35

70

160

70

Решение

Определение средней разности температур в теплообменнике и средней температуры хлорбензола.

Абсолютное давление пара равно:

Этому давлению соответствует температура конденсации воды tконд = 169 °С, среднюю разность температур определяют как:

где ?tб - большая разность температур;

?tп- меньшая разность температур;

?tср - средняя разность температур.

Среднюю температуру воды рассчитываем как:

Определение количества тепла передаваемого в подогревателе от конденсирующего пара к хлорбензолу.

Теплоемкость воды находиться при его средней температуре:

Количество передаваемого тепла рассчитываем как:

где Q - количество передаваемого тепла, Вт

Определение массового расхода технологического пара, необходимого для нагрева хлорбензола.

Удельная теплота парообразования технологического пара при Рабс = 8 атм равно r=2046.53Ч103Дж/кг.

Тогда расход греющего пара:

Определение коэффициента теплопередачи теплообменника:

Список используемой литературы

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии Учебное пособие для вузов. 10-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1987. 576 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя. Расчет движущей силы, коэффициента массопередачи, скорости газа и диаметр абсорбера. Определение плотности орошения и активной поверхности насадки. Расчет коэффициентов массоотдачи.

    курсовая работа [1001,5 K], добавлен 15.11.2011

  • Технологический расчет выпарного аппарата. Температуры кипения растворов. Полезная разность температур. Определение тепловых нагрузок. Расчет коэффициентов теплопередачи. Толщина тепловой изоляции выпарной установки. Высота барометрической трубы.

    курсовая работа [393,9 K], добавлен 30.10.2011

  • Зависимость изменения термодинамических величин от температуры. Метод Сато, Чермена Ван Кревелена, Андрена-Байра-Ватсона. Реакция радикальной сополимеризации. Определение температуры полураспада полиизопрена. Термодинамический анализ основной реакции.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 28.05.2012

  • Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Очистка межтрубного пространства. Расчет нормализованного теплообменного аппарата. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды.

    курсовая работа [3,7 M], добавлен 13.12.2010

  • Наиболее важный представитель органических веществ в атмосфере. Природа естественных и антропогенных источников метана. Доли отдельных источников в общем потоке метана в атмосферу. Повышение температуры атмосферы.

    реферат [160,6 K], добавлен 25.10.2006

  • Определение плотности и динамического коэффициента вязкости для этилацетата. Расчет местных сопротивлений на участках трубопровода, линейной скорости потока жидкости, значений критерия Рейнольдса и коэффициентов трения для каждого из его участков.

    контрольная работа [74,7 K], добавлен 19.03.2013

  • Особенности хингидронного электрода как окислительно-восстановительного электрода. Зависимость стандартного потенциала хингидронного электрода от температуры. Расчет теоретического значения pH, сравнение его с опытным и определение процента ошибки.

    лабораторная работа [29,2 K], добавлен 03.04.2014

  • Метан — бесцветный газ без запаха, первый член гомологического ряда насыщенных углеводородов; получение и химические свойства. Процесс высокотемпературной конверсии метана для производства метанола; определение углеродного эквивалента исходного газа.

    курсовая работа [87,3 K], добавлен 12.12.2012

  • Расчет коэффициента горючести нитробензола С6Н5NО2 и сероуглерода CS2. Уравнение реакции горения пропилацетата в воздухе. Расчет объема воздуха и продуктов горения при сгорании горючего газа. Определение температуры вспышки толуола по формуле В. Блинова.

    контрольная работа [204,4 K], добавлен 08.04.2017

  • Расчет теплового эффекта реакции в изобарном и изохорном процессах в стандартных условиях и при заданной температуре. Определение направления протекания процесса в изолированных и закрытых системах. Изменение температуры в самопроизвольных реакциях.

    контрольная работа [204,4 K], добавлен 25.01.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.