Vajad kellegagi rääkida?
Küsi julgelt abi LasteAbi
Logi sisse

Torukimp soojusvaheti (0)

1 Hindamata
Punktid
TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL
Keemiatehnika instituut
Õppeaine
KAT3182 Keemiatehnika alused — projekt
SOOJUSVAHETUSSEADME EELPROJEKT
Üliõpilane: Laura Freivald Juhendaja: Inna Kamenev
Kood: 142642KATB
Esitatud: 10.05. 2017
Tallinn 2017
Sisukor
Sissejuhatus 4
Tehnoloogiline osa 5
Tehnoloogiline skeem ja selle kirjeldus 5
Soojusvaheti skeem ja selle iseloomustus 5
Soojusvaheti materjali- ja soojusbilansid 6
Soojusvaheti iseloomustus 6
Tehnoloogilised arvutused 7
Soojusbilansi arvutus 7
Soojushulk: 7
Soojusagensise masskulu : 8
Soojusagensise mahtkulu: 8
Torude arv 9
Torude arv soojusvahetis: 9
Torukimbu ehk Bundle’i diameeter 9
Korpuse diameeter 10
Soojusagensise soojusülekandetegur (h0) 12
Soojusläbikandetegur 14
Liikumapanev jõud: 15
Soojusvahetuspind: 15
Torude pikkuse: 16
Kokkuvõte 16
Kasutatud kirjandusLaura 18
Sissejuhatus 4
Tehnoloogiline osa 5
Tehnoloogiline skeem ja selle kirjeldus 5
Soojusvaheti skeem ja selle iseloomustus 5
Soojusvaheti materjali- ja soojusbilansid 6
Soojusvaheti iseloomustus 6
Tehnoloogilised arvutused 7
Soojusbilansi arvutus 7
Soojushulk: 8
Soojusagensise masskulu: 8
Soojusagensise mahtkulu: 8
Torude arv 9
Torukimbu ehk Bundle’i diameeter 9
Korpuse diameeter 10
Oktaani soojusülekandetegur 10
Soojusagensise soojusülekandetegur (h0) 11
Liikumapanev jõud: 13
Soojusvahetuspind: 14
Torude pikkuse: 14
Kokkuvõte 15
Kasutatud kirjandus 16

Sissejuhatus

Antud eelprojekti koostamise eesmärgiks on projekteerida torukimp -tüüpi soojusvaheti. Soojusvahetiga peab olema võimalik jahutada oktaan keemistemperatuurilt 126℃ lõpptemperatuurini 30℃. [1] Sealjuures , soojusagensiseks on vesi algtemperatuuriga 10℃.
Oktaan - keemiliseks valemiks C8H18 ehk CH3(CH2)6CH3 - on alkaan, mille sulamistemperaruur -57,1...-56,6 ℃ ja keemistemperatuur 125,1... 126,1℃. Oktaanil on palju struktuurseid isomeere, mille karbonüül rühmad paiknevad eri kohtades. Näiteks 2,2,4-trimetüülpentaani (isooktaan) kasutatakse kui ühte standard väärtusena oktaaniarvuna. [2]
Oktaan on üheks komponendiks bensiinis ja nagu ka kõik teised madalmolekulaarsed ( molaarmass 114,23 g/mol) süsivesikud , on ka oktaan lenduv ja kergesti süttiv. [2] Sulamistemperaruuriks -57 ℃ ja keemistemperatuuriks 126℃. [1]

Tehnoloogiline osa

Tehnoloogiline skeem ja selle kirjeldus


KONDENSAATOR
OKTAANI-SEGU
OKTAANI (30℃)
MAHUTI
JAHUTI
(soojusvaheti)
OKTAAN 126℃
Tagasi-
vool
Jääkprodukt
Joonis 1. Soojusvaheti tehnoloogiline skeem

Soojusvaheti skeem ja selle iseloomustus

Torukimp soojusvahetid on keemiatööstuses kõige laialdasemalt kasutatavad soojusvahetid. Üldiselt torukimp soojusvaheti koosneb torukimbust, mis on asetatud silindri kujulisse kesta (Sinnott, 2005). Joonisel 2 on kujutatud tüüpiline torukimp soojusvaheti. Kaks vedeliku saavad vahetada soojust nii, et üks vedelik voolab torude sees ja teine torude vahelises alas . Antud projektis on torudes jahutatav vedelik oktaan ja torude vahelises alas vesi. Vedelikud võivad omavahel voolata risti või ka paralleelselt ( Shell and tube heat exchangers, 2017).
Joonis 2. Torukimp soojusvaheti (Wikimedia, 2017)
Fixed tubesheet soojusvaheti on väga lihtsa ja ekonoomse konstruktsiooniga. Torusid seest on võimalik puhastada nii keemiliselt kui ka mehaaniliselt, kuid nende välispinda ainult keemiliselt. Seda seetõttu, et torude plaadid on keevitatud kesta külge (Shell and tube heat exchangers, 2017). Kuna korpuse seinte ja torude temperatuur on erinev, siis temperatuuride erinevus ei tohi paisumise tõttu olla üle 80°C (Sinnott, 2005).

Soojusvaheti materjali- ja soojusbilansid

Materjalibilanss:
Soojusbilanss : Q = GACpA (TA1 − TA2 ) = GBCpB (TB2- TB1) (Mikkel, 2013)

Soojusvaheti iseloomustus

Tabel 1. Põhiseadme iseloomustus
Soojendatav aine
Oktaan
Soojusagens
Vesi algtemperatuuriga 10℃
Käikude arv
Ühekäiguline
Torude materjal
Roostevaba teras
Torude paigutus
Kolmnurkne
Toru mõõtmed
Välisdiameeter 20 mm, sisediameeter 16 mm
Torude arv
88
Torukimbu diameeter
0,276 m
Korpuse diameeter
0,287 m
Torude pikkus
10 m

Tehnoloogilised arvutused

Soojusbilansi arvutus

Jahutatav ain: OKTAAN:
Keemistemperatuur ( Wolfram Alpha , 2017)
Lõpptemperatuur
Keskmine temperatuur
Etteantud mahtkulu V = 18 m3/h = 0,005 m3/s
Tihedus 78℃ juures ρ = 0,6546 g/cm3 = 654,6 kg/m3 (Wolfram Alpha, 2017)
Soojusmahtuvus CA = 2415 J/kg*K=2,415 kJ/kg*K (Wolfram Alpha, 2017)
Masskulu GA = ρV = 654,6*0,005 = 3,273 kg/s
Viskoossus 78℃ juures µ = 2,97*10-4 Pa s (Wolfram Alpha, 2017)
Soojusagensis: VESI
Antud temperatuur TSA1= talg=10℃
Soovituslik lõpptemperatuur TSA2 =tlõpp=50℃ (Mikkel, 2013)
Rõhk P=2 atm
Tihedus ρ=0,9957 g/ cm3= 995,7 kg/m3 (Wolfram Alpha, 2017)
Soojusmahtuvus
(Wolfram Alpha, 2017)

Soojushulk:


- aine masskulu (kg/s)
- aine soojusmahtuvus (J/kg*K)
- keskmine temperatuur (K)

Soojusagensise masskulu:


Q - soojushulk (J/s)
- oktaani soojusmahtuvus (J/kg*K)
- oktaani temperatuuride vahe (K)
- soojusagensise soojusmahtuvus (J/mol*K)

Soojusagensise mahtkulu:


Torude arv


(Mikkel, 2013)
(Mikkel, 2013)
(Wolfram Alpha, 2017)

Torude arv soojusvahetis:


- oktaani masskulu (kg/s)
- soojusvaheti torude sisediameeter (m)
Re -
- oktaani viskoossus (Pa*s)

Torukimbu ehk Bundle’i diameeter


(Sinnott, 2005)
Eelduseks : soojusvaheti 1-käiguline ja paigutus on kolmnurkne.
0,319 (Sinnott, 2005) lk 649
(Sinnott, 2005) lk 649
- toru välisdiameeter (m)
ja - konstandid
-torude arv

Korpuse diameeter


(Sinnott, 2005) joonis lk 646
(Sinnott, 2005) joonis lk 646
(Sinnott, 2005)
- (m)
- (m)
Korpuse sisediameeter D = 0,276 m + 0,011 m = 0,287 m
Oktaani soojusülekandetegur (:
Eeldame, et tegemist on turbulentse voolamisega ehk Re > 10 000.
- oktaani mahtkulu
n- torude arv
S- toru pindala
- oktaani voolamise kiirus (m/s)
- oktaani tihedus
- oktaani viskoossus (Pa*s)
- soojusvaheti torude sisediameeter (m)
Oktaani soojusjuhtivus
CITATION 1 \l 1061 (Wolfram Alpha, 2017)
- oktaani soojusmahtuvus (J/kg*K)
- oktaani viskoossus (Pa*s)
- oktaani soojusjuhtivus (W/m*K)
Nusselt ´i kriteeriumi:
  • kus Pr on astmel 0,3, kuna tegemist on jahutamisega (Mikkel, 2013)
  • C = 0,023, sest oktaan on väheviskoosne vedelik. (Mikkel, 2013)

Oktaani viskoossus seinal
(Wolfram Alpha, 2017)
- oktaani soojusjuhtivus (W/m*K)
- ekvivalent diameeter ehk antud juhul toru välisdiameeter (m)

Soojusagensise soojusülekandetegur (h0)

Eeldame, et tegemist on turbulentse voolamisega ehk Re > 10 000.
(Mikkel, 2013)
- soojusagensise mahtkulu
n- torude arv
S- korpuse pindala-torukimbu pindala
- soojusagensise voolamise kiirus (m/s)
- soojusagensise tihedus
- soojusagensise viskoossus (Pa*s)
- korpuse sisediameeter (m)
Soojusagensise soojusjuhtivus
CITATION 1 \l 1061 (Wolfram Alpha, 2017)
Nusselt’i teooria
  • kus Pr on astmel 0,3, kuna tegemist on jahutamisega (Mikkel, 2013)
  • C = 0,023, sest oktaan on väheviskoosne vedelik. (Mikkel, 2013)

Soojusagensise viskoossus seinal
(Wolfram Alpha, 2017)

Soojusläbikandetegur

Valem:
- soojusülekandetegur
- mustuse soojusülekandetegur torude vahel
- mustuse soojusülekandetegur torude sees
- toru välisdiameeter (m)
- toru sisediameeter (m)
- roostevaba terase soojusjuhtivus
Mustuse soojusülekandetegurid (Sinnott, 2005) tabel lk 640:
Torude vahel
Roostevaba terase soojusjuhtivus
CITATION 1 \l 1061 (Wolfram Alpha, 2017)

Liikumapanev jõud:


126℃
30℃
oktaan
50℃
H2O
10℃
Joonis 3. Liikumapanev (pärivool) jõud

Soojusvahetuspind:


U- soojusläbikandetegur
A- soojusvahetuspind
- liikumapanevjõud (K)

Torude pikkuse:


n- torude arv
- toru välisdiameeter (m)
l- toru pikkus (m)
Maksimaalne torude pikkus võiks olla 9 m, et vältida torude läbivajumist ja muid sellega kaasnevaid probleeme. Minu jahutatavaks aineks oli oktaan. Arvutused näitavad, et torude pikkus peaks olema 10 m. Sellest tulenevalt arvan , et tuleb teha kahe seksioonilise (kaks soojusvahetit üksteise otsa) toru-kimp soojusvaheti. Ehk siis 5 m torud, mis peaks antud olukorras lahendama probleemi. Muidugi võiks teha arvutused umber kahekäiguliseks soojusvahetiks, kuid tegemist on eelprojektiga.

Kokkuvõte

Toru-kimp soojusvaheti eelprojekti arvutustest selgus, et antud juhul tuleb oktaani jahtamiseks teha kahe seksiooniline soojusvaheti. Põhjuseks, et muidu oleks torude pikkus (10 m) liiga suur. Kaheseksioonilise soojusvaheti puhul tuleks torude pikkuseks 5 m, mis aitab vältida torude läbi vajumist. Lõhidalt, see tähendaks, et kaks vertikaalsete torudega soojusvahetit oleks üksteise peal. Torude üldarvuks sain 88 toru.
Roostevabast terasest soojusvahetis jahutatakse oktaani keemistemperatuurist 126
kuni 30 ℃ - ni. Aine masskulu 3,273 kg/s. Oktaani jahutatakse veega, mille algtemperatuur on 30 ja rõhk 2 atm. Jahutusvee lõpptemperatuur valitakse, olenevalt vee karedusest, Eestis 45℃-50℃ piirides (Mikkel, 2013). Soojusagensise masskulu on kg/s.

Kasutatud kirjandusLaura


Mikkel, V. (2013). Kursuseprojekti juhend soojusvaheti arvutamiseks . Tallinn.
Octane. (24. 03 2017. a.). Allikas: Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Octane
Shell and tube heat exchangers. (23. 03 2017. a.). Allikas: Thermopedia: http://www.thermopedia.com/content/1121/
Sinnott, R. K. (2005). Chemical Engineering Design. Vol. 6. Fourth edition. UK: Elsevier.
Water. (07. 04 2017. a.). Allikas: Viscopedia: http://www.viscopedia.com/viscosity-tables/substances/water/
Wolfram Alpha. (24. 03 2017. a.). Allikas: Computational Knoledge Engine : http://m.wolframalpha.com/input/?i=octane&lk=3
Vasakule Paremale
Torukimp soojusvaheti #1 Torukimp soojusvaheti #2 Torukimp soojusvaheti #3 Torukimp soojusvaheti #4 Torukimp soojusvaheti #5 Torukimp soojusvaheti #6 Torukimp soojusvaheti #7 Torukimp soojusvaheti #8 Torukimp soojusvaheti #9 Torukimp soojusvaheti #10 Torukimp soojusvaheti #11 Torukimp soojusvaheti #12 Torukimp soojusvaheti #13 Torukimp soojusvaheti #14 Torukimp soojusvaheti #15 Torukimp soojusvaheti #16 Torukimp soojusvaheti #17 Torukimp soojusvaheti #18 Torukimp soojusvaheti #19
Punktid 100 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 100 punkti.
Leheküljed ~ 19 lehte Lehekülgede arv dokumendis
Aeg2018-01-29 Kuupäev, millal dokument üles laeti
Allalaadimisi 25 laadimist Kokku alla laetud
Kommentaarid 0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
Autor Llauraf Õppematerjali autor
Antud eelprojekti koostamise eesmärgiks on projekteerida torukimp-tüüpi soojusvaheti. Soojusvahetiga peab olema võimalik jahutada oktaan keemistemperatuurilt 126℃ lõpptemperatuurini 30℃. [1] Sealjuures, soojusagensiseks on vesi algtemperatuuriga 10℃.

Kasutatud allikad

Sarnased õppematerjalid

Soojusvaheti
18
docx

Soojusvaheti

soojendamine ning jahutamine ja aurude kondenseerimine, mida viiakse läbi soojusvahetusaparaatides. Sõltuvalt soojuse üleandmise viisist jagunevad soojusvahetid 2 gruppi: - pindsoojusvahetid ­ soojus kantakse ühelt keskkonnalt teisele läbi keskkondi eraldava vaheseina; - segunemissoojusvahetid ­ soojus kantakse üle keskkondade otsesel kokkupuutel. Laialdaselt on levinud erineva konstruktsiooniga pindsoojusvahetid. Üheks selliseks on toru-torus tüüpi soojusvaheti, mis koosneb mitmest omavahel järjestikku ühendatud toruelemendist. Toruelement koosneb kahest kontsentrilisest teineteise sisse paigutatud torust. Üks soojuskandjatest liigub sisemises torus, teine kahe toru vahelises ruumis. Tänu suhteliselt väikesele vabale ristlõikepindalale sisemises torus ja torudevahelises ruumis, saavutatakse juba väikestel vedelike kuludel suur voolamise kiirus, mis võimaldab parandada soojusülekannet võrreldes teiste pindsoojusvahetitega.

Keemiatehnika
Nimetu
13
doc

Nimetu

k t ts = ta - ; °C 1 t ­ keskmine logaritmiline temperatuuride vahe; °C (vt. punkt 2). Saadud seina temperatuur peab kokku langema ettevalitud seina temperatuuriga ts (erinevus mitte üle 4 °C). Kui erinevus on suurem, siis tuleb ette valida uus seina temperatuur ja punkt 8 arvutusi korrata. / Nb! Meil õppeprojektis pole vaja seina temperatuuri täpsustada / 10. Boileri küttepind ja peamised ehituslikud näitajad Soojusvaheti vajalik küttepinna suurus arvutatakse järgmise valemiga: Q F= ; m2 k t Ehituslikud näitajad a) Teada on boileris kasutatavate torude sise- ja välisläbimõõdud ds ja dv; m. b) Teada on ka torude arv käigus nk (vt. punkt 4). c) Vertikaalse asendiga aparaadi korral on ette valitud torude kõrgus h; m (punkt 8 c). Horisontaalse asendiga aparaadi puhul tuleb torude pikkus l ette valida (1­1,5 m). d) Torude summaarne pikkus boileris: F

Kategoriseerimata
Veeboileri ülesanne
9
doc

Veeboileri ülesanne

1. Temperatuuride graafik ja keskmine logaritmiline temperatuuride vahe Vee algtemperatuur t1= 20 °C Vee lõpptemperatuur t2= 87 °C Auru temperatuur tuleb leida aurutabelist. Primaarauru rõhk pa = 1,2 ata. Sellele vastab temperatuur ta = 105 °C. Keskmine logaritmiline temperatuuride vahe kütteauru ja vee vahel: t 2 - t1 87 - 20 67 67 t = = = = = 43,2 ta - t 1 105 - 20 ln ( 4,722 ) 1,552 °C ln ln ta - t 2 105 - 87 t= 43,2 °C Joonis 1. Boileri töö temperatuuride graafik 3. Vee keskmine temperatuur aparaadis ja sellele vastavad vee füüsikalised omadused Vee keskmine temperatuur: tkesk = ta ­ t ; °C tkesk = 105 ­ 43,2= 61,8 °C tkesk = 61,8 °C Selle temperatuuri järgi leian veetabelist järgmised näitajad: Soojusjuhtivustegur = 0,567 kcal/m°Ch Tihedus (erikaal) = 983,2 kg/m3 Erisoojus c = 1,004 kcal/kg°C Kinemaatiline visko

Tööstuslikud protsessid
Veeboileri soojuslik ja hüdrauliline projektarvutus
32
pdf

Veeboileri soojuslik ja hüdrauliline projektarvutus

Eesti Maaülikool VLI Toiduainetööstuse tehnoloogilised protsessid ja üldseadmed Veeboileri soojuslik ja hüdrauliline projektarvutus Projektarvutus Koostaja: Maarja Laur Juhendaja: Tauno Mahla Tartu 2014 Sisukord Sissejuhatus..........................................................................................................................................3 1. Temperatuuride graafik ja keskmine logaritmiline temperatuuride vahe........................................4 2. Vee keskmine temperatuur aparaadis ja sellele vastavad vee füüsikalised omadused.....................5 3. Vee voolukiirus aparaadis.................................................................................................................5 4. Aparaadi soojuskoormus..........

Tehnoloogia
Boileri arvutus
10
doc

Boileri arvutus

1 k= 1 s 1 ; kcal/m2 °Ch + + 1 s 2 k = 1 / ((1/9356,9)+ ( 0,002/ 44) +( 1/ 7295,8)) = 3455,5 kcal/m2 °Ch Kontrollida valitud toru seina temperatuuri õigsust: k t ts = ta - ; °C 1 5 ts= 100- ( (3455,5 · 41,6) / 9356,9) = 84,64 ºC 10. Boileri küttepind ja peamised ehituslikud näitajad Soojusvaheti vajalik küttepinna suurus arvutatakse järgmise valemiga: Q F= ; m2 k t F = 993465/ (41,6 · 3455,52) = 6,91 m² a) Torude summaarne pikkus boileris: F L= ;m dv L= 6,91 / (3,14 () · 0,0029) = 75,88 m e) Üldine torude arv boileris: L nü = h h = 1,2 ette valitud Nü = 75,88 / 1,2 = 63 f) Käikude arv boileris: nü z= nk z = 63 / 6 = 11

Tööstuslikud protsessid
PROTOKOLL SOOJUSVAHETI
9
docx

PROTOKOLL SOOJUSVAHETI

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Keemiatehnika instituut Laboratoorne töö õppeaines Keemiatehnika alused SOOJUSVAHETI Tallinn 2015 KATSESEADME KIRJELDUS TE 1 16x1,2 mm TE 9 2 7 50 mm TE 6 34x2,6 mm TE

Soojustehnika1
Katla projekt
27
doc

Katla projekt

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL MEHHAANIKATEADUSKOND SOOJUSTEHNIKA INSTITUUT KATLAPROJEKT Tallinn 2007 Sisukord: Seletuskiri: Katla kirjeldus. Omapoolsete valikute põhjendus Kokkuvõte (A Brief summary of the project) Arvutused: Algandmed Põlemisproduktide arvutus Katla soojusbilansi arvutus Kolde soojus ja konstruktorarvutus Festooni soojusarvutus Ülekuumendi ja järelküttepindade soojusbilansi arvutus Ülekuumendi "kuume astme" soojus ja konstruktorarvutus Ülekuumendi "külme astme" soojus ja konstruktorarvutus Ökonomaiseri soojus ja konstruktorarvutus Õhu eelsoojend soojus ja konstruktorarvutus Graafiline osa: Katla pikkilõige lisa 1 Katla ristlõige lisa 2 Seletuskiri Katla kirjeldus. Omapoolsete valikute põhjendus.

Katlatehnika
Soojus- ja massilevi I vastused
11
doc

Soojus- ja massilevi I vastused

alfa(w) ­ soojusülekandetegur ühefaasilise vedeliku turbulentsel voolamisel torus W/m2*K 20. Aurumulli tekke ja arengu mehhanism. Keemise reziimid Keemisreziimid on mulliline ja kelmeline. Reynoldsi arv, mille puhul toimub üleminek mulliliselt kelmelisele reziimile: q kr l* Re kr * = r ' ' Mulli raadius, mille korral ta lendub: c p 't k l* = ( r ' ' ) 2 kus ' tähistab vedelikku ja '' auru. 21. Soojusvahetite klassifikatsioon ja tüübid. Soojusvaheti arvutuse võrrandisüsteem Soojusvahetid on: 1) pindsoojusvahetid 2) küttepinnata soojusvahetid e. segunemistüüpi soojusvahetid Tööprintsiibi järgi jagunevad soojusvahetid 1) Rekuperatiivseteks- töötavad kindla soojusvoolu suunaga 2) Regeneratiivseteks- soojusvoolu suund küttepinnas muutub perioodiliselt Küttepinnata soojusvahetites ülekantav soojushulk avaldub võrrandiga: Q=Vt V ( W) V - mahuline soojusülekande tegur W/(m3*K)

Soojusfüüsika




Meedia

Kommentaarid (0)

Kommentaarid sellele materjalile puuduvad. Ole esimene ja kommenteeri



Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun