Politechnika Poznańska

Politechnika Poznańska
Wydział Technologii Chemicznej
Zakład Inżynierii I Aparatury Chemicznej
Wymiennik ciepła
Wykonał
Kierunek studiów
Rok akademicki
Projekt wykonany w ramach zajęć
Inżynieria Chemiczna i Operacje
Rozdzielania Mieszanin
Podpis osoby/osób sporządzających projekt:
Sprawdził
Obrona projektu
Data
Ocena
Data
Ocena końcowa
1
1.1
Charakterystyka techniczna aparatu
Zastosowanie
Zaprojektowano aparat służący do ochładzania aniliny. Temperatura przy
wlocie aparatu wynosi T  130[ o C ] , natomiast żądana temperatura opuszczającej
cieczy wynosi T  100[ o C ] . Natężenie przepływu wynosi
G  23000[
kg
]
h
i
temperatura wody chłodzącej przy wlocie aparatu wynosi T  15[ o C ] , a na wylocie
T  20[ o C ] . Zastosowano wymiennik płaszczowo – rurowy z jednodrogową wiązką
rurek stalowych.
1.2
Schemat ideowy aparatu
2
1.3
Rozwiązanie konstrukcyjne
Zastosowano przeciwprądowy wymiennik płaszczowo – rurowy ze stałymi
dnami sitowymi. Do budowy zastosowano rurki 38  2,9 , rurki rozmieszczono w
układzie heksagonalnym o podziałce t  0,048[m] . Stosujemy metodę rozwalcowania
jako sposób połączenia rurek z dnem sitowym – sposób mocowania S1.
1.4
Opis działania
Anilina jest ochładzana wodą płynącą w przestrzeni między rurowej.
1.5
Rodzaj stosowanego materiału
Wymiennik ciepła pracuje w niskiej temperaturze T  403[ K ] i mało
agresywnym środowisku dlatego użyto do budowy stal St3, którą można stosować do
T  573[ K ] .
3
Spis treści
2
1
CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNA APARATU
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
ZASTOSOWANIE
SCHEMAT IDEOWY APARATU
ROZWIĄZANIE KONSTRUKCYJNE
OPIS DZIAŁANIA
RODZAJ STOSOWANEGO MATERIAŁU
2
2
2
3
3
3
2
SPIS TREŚCI
4
3
PARAMETRY OPISUJĄCE WŁAŚCIWOŚCI CZYNNIKA
7
3.1 WODA
3.1.1 WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODZENIA CIEPŁA
3.1.2 LEPKOŚĆ
3.1.3 GĘSTOŚĆ
3.1.4 CIEPŁO WŁAŚCIWE
3.2 ANILINA
3.2.1 WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODZENIA CIEPŁA
3.2.2 LEPKOŚĆ
3.2.3 GĘSTOŚĆ
3.2.4 CIEPŁO WŁAŚCIWE
4
BILANS CIEPLNY WYMIENNIKA (PRZECIW PRĄD)
4.1 ILOŚĆ WYMIENIONEGO CIEPŁA
4.2 MASOWE NATĘŻENIE PRZEPŁYWU CHŁODZĄCEJ WODY
7
7
7
7
7
8
8
8
8
8
9
9
9
5
ROZKŁAD TEMPERATUR
6
ŚREDNI MODUŁ NAPĘDOWY PROCESU
10
7
ŚREDNICA APARATU
10
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
7.10
8
ŚREDNICA WEWNĘTRZNA RURKI
POLE PRZEKROJU RURKI
POLE PRZEKROJU RUREK
ILOŚĆ RUREK
ŚREDNICA WEWNĘTRZNA APARATU
ŚREDNICA ZEWNĘTRZNA APARATU
SPRAWDZENIE ZAŁOŻONEJ PRĘDKOŚCI LINIOWEJ DLA ANILINY
POWIERZCHNIA PRZESTRZENI MIĘDZYRUROWEJ
PRĘDKOŚĆ LINIOWA DLA WODY
ZASTĘPCZA ŚREDNICA d e
RÓWNANIA KRYTERIALNE
9
10
10
10
11
11
11
11
12
12
12
12
4
8.1 WARTOŚCI LICZB KRYTERIALNYCH DLA ANILINY
8.1.1 LICZBA REYNOLDSA
8.1.2 LICZBA PRANDTLA
8.1.3 LICZBA NUSSELTA
8.1.4 WSPÓŁCZYNNIK WNIKANIA CIEPŁA
8.2 WARTOŚCI LICZB KRYTERIALNYCH DLA WODY
8.2.1 LICZBA REYNOLDSA
8.2.2 LICZBA PRANDTLA
8.2.3 LICZBA NUSSELTA
8.2.4 WSPÓŁCZYNNIK WNIKANIA CIEPŁA
8.2.5 WSPÓŁCZYNNIK PRZENIKANIA CIEPŁA
9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
POWIERZCHNIA WYMIANY CIEPŁA
TEORETYCZNA POWIERZCHNIA WYMIANY CIEPŁA
RZECZYWISTA POWIERZCHNIA WYMIANY CIEPŁA
POWIERZCHNIA JEDNOSTKOWA RUREK
DŁUGOŚĆ RUREK
SPRAWDZENIE SMUKŁOŚCI APARATU
WYSOKOŚĆ CZYNNA APARATU
POWIERZCHNIA CZYNNA APARATU
REZERWA POWIERZCHNI APARATU
12
12
13
13
13
13
13
14
14
14
14
15
15
15
15
15
15
15
16
16
10 OBLICZENIA KONSTRUKCYJNO – WYTRZYMAŁOŚCIOWE
16
10.1 DOBÓR MATERIAŁU
10.2 GRUBOŚĆ PŁASZCZA – POWŁOKI CYLINDRYCZNEJ
10.2.1 DOPUSZCZALNE NAPRĘŻENIA NA ROZCIĄGANIE
10.2.2 CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE
10.2.3 CIŚNIENIE OBLICZENIOWE
10.2.4 WSPÓŁCZYNNIK WYTRZYMAŁOŚCI SZWU
10.2.5 GRUBOŚĆ ŚCIANKI PŁASZCZA
10.2.6 RZECZYWISTA GRUBOŚĆ ŚCIANKI
10.3 GRUBOŚĆ DENNICY
10.3.1 NAPRĘŻENIA DOPUSZCZALNE NA ROZCIĄGANIE
10.3.2 WSPÓŁCZYNNIK OSŁABIENIA DNA
10.3.3 WSPÓŁCZYNNIK WYOBLENIA DNA
10.3.4 GRUBOŚĆ DENNICY
10.3.5 RZECZYWISTA GRUBOŚĆ DENNICY
10.4 ŚREDNICA W ŚCIANIE PŁASZCZA NIE WYMAGAJĄCA WZMOCNIENIA
10.4.1 WSPÓŁCZYNNIK zr p
16
16
16
16
16
17
17
17
17
17
18
18
18
18
19
19
10.4.2 ŚREDNICA NIE WYMAGAJĄCA WZMOCNIENIA
10.5 ŚREDNICA W ŚCIANIE PŁASZCZA NIE WYMAGAJĄCA WZMOCNIENIA
10.5.1 WSPÓŁCZYNNIK zr p
19
19
19
10.5.2 ŚREDNICA NIE WYMAGAJĄCA WZMOCNIENIA
10.6 GRUBOŚĆ DNA SITOWEGO
10.6.1 WSPÓŁCZYNNIK WYTRZYMAŁOŚCI DNA SITOWEGO
10.6.2 GRUBOŚĆ DNA SITOWEGO
10.6.3 SPOSÓB MOCOWANIA RUREK
10.7 DOBÓR ARMATURY NA PODSTAWIE NORM
10.7.1 KRÓĆCE WLOTU/WYLOTU MEDIÓW
10.7.2 KOŁNIERZE
20
20
20
20
21
21
21
21
5
10.7.3 USZCZELKI
10.8 MASA APARATU
10.8.1 PUSTEGO
10.8.2 PEŁNEGO
10.9 DOBÓR ŁAP
22
22
22
23
24
11 WYKAZ OZNACZEŃ
25
12 LITERATURA
29
6
3
3.1
Parametry opisujące właściwości czynnika
Woda
3.1.1 Współczynnik przewodzenia ciepła
TH 2O [ o C]  [ K ]
W
]
mK

W
 H 2O [
]
mK
H O [
2
15 (288)
20 (293)
0,582
0,599
0,591
3.1.2 Lepkość
TH 2O [ o C]  [ K ]
15 (288)
20 (293)
 H O [ Pa  s ]
11,4  10 4
10  10 4
2

10,7  10 4
 H O [ Pa  s]
2
3.1.3 Gęstość
TH 2O [ o C]  [ K ]
kg
]
m3

kg
 H 2O [ 3 ]
m
H O[
2
15 (288)
20 (293)
998,7
998,2
998,45
3.1.4 Ciepło właściwe
TH 2O [ o C]  [ K ]
J
]
kg  K

J
Cp H 2O [
]
kg  K
Cp H 2O [
15 (288)
20 (293)
4206,96
4203,54
4205,25
7
3.2
Anilina
3.2.1 Współczynnik przewodzenia ciepła
TA [ o C ]  [ K ]
W
A[
]
mK

W
 A[
]
mK
130 (403)
100 (373)
0,161
0,167
0,164
3.2.2 Lepkość
TA [ o C ]  [ K ]
130 (403)
100 (373)
 A [ Pa  s]
5,12  10 4
8  10 4

6,56  10 4
 A [ Pa  s]
3.2.3 Gęstość
TA [ o C ]  [ K ]
kg
 A[ 3 ]
m

kg
 A[ 3 ]
m
130 (403)
100 (373)
924
952
938
3.2.4 Ciepło właściwe
TA [ o C ]  [ K ]
J
Cp A [
]
kg  K

J
Cp A [
]
kg  K
130 (403)
100 (373)
2309,1
2216,5
2262,8
8
Dane:
4
Obliczenia:
Bilans cieplny wymiennika (przeciw prąd)
Ilość wymienionego ciepła
4.1
kg
]
s
 373[ K ]
Wyniki
G A  6,39[
T A1

J
Q  4,338  10 5 [ ]
s
Q  G A  Cp A  (TA1  T A2 )
T A 2  403[ K ]

Cp A  2262,8
[
J
]
kg  K
4.2
Masowe natężenie przepływu chłodzącej wody
TH 2O1  288[ K ]
TH 2O 2  293[ K ]
G H 2O  

Cp H 2O  4205,25
[
Q
G H 2O  20,63[

Cp H 2O  (TH 2O1  TH 2O 2 )
J
]
kg  K
J
Q  4,338  10 5 [ ]
s
5
TA1
A!
TW1
A!
8
Rozkład temperatur
TA2
A!
TW2
A!
9
9
kg
]
s
Dane:
6
Obliczenia:
Średni moduł napędowy procesu
Wyniki
Rozwiązaniem konstrukcyjnym jest układ
przeciwprądowy
T A1  373[ o C ]
T1  T A1  TH 2O1
T1  85[ K ]
T A 2  403[ o C ]
T2  T A 2  TH 2O 2
T2  110[ K ]
TH 2O1  288[ o C ]
T2
T2
 1,29 
 1,5
T1
T1
TH 2O 2  293[ o C ]
T1  T2
2
Średnica aparatu
Tm 
7
7.1
Tm  97,5[ K ]
Średnica wewnętrzna rurki
Do budowy wymiennika użyto rurki stalowe o
wymiarach Φ = 38 x 2,9 zgodnie z normą
BN-80/2251-10.
d w  d z  2  sr
d z  0,038[m]
d w  0,0322[m]
s r  0,0029[m]
7.2
d w  0,0322[m]
m
s
kg
G A  6,39[ ]
s

kg
 A  938[ 3 ]
m
8
dw 
4
2
Pr 
7.3
 A  0,1[ ]
Pole przekroju rurki
Pr  8,143  10 4 [m 2 ]
Pole przekroju rurek
Założona prędkość przepływu aniliny
m
 A  0,1[ ]
s
fA 
GA

A   A
f A  0,068[m 2 ]
10
10
Dane:
Obliczenia:
7.4 Ilość rurek
f A  0,068[m 2 ]
i
Pr  8,143  10 4 [m 2 ]
fA
Pr
Przyjęto ilość rurek równą i  85 na podstawie
normy BN-80/2251-04
7.5
Wyniki
i  85
Średnica wewnętrzna aparatu
Dla przyjętej liczby rurek stosunek
D
 9,20
t
D  t  9,2
D  0,442[m]
D` D  d z
D` 0.480[m]
D`` D`t
D`` 0,500[m]
Na podstawie normy BN-64/2201-05 przyjęto
średnicę wewnętrzną Dwp  0,500[m]
Dwp  0,512[m]
t  0,048[ m]
d z  0,038[ m]
7.6
s p  0,005[m]
D zp  Dwp  2  s p
Dwp  0,500[m]
7.7
G A  6,39[
Średnica zewnętrzna aparatu
Sprawdzenie założonej prędkości liniowej dla aniliny
kg
]
s
i  85
d w  0,0322[m]

 A  938[
8
D zp  0,510[m]
kg
]
m3
 rzA 
4  GA

  i  dw2   A
m
s
 rzA  0,1[ ]
11
11
Dane:
7.8
Obliczenia:
Powierzchnia przestrzeni międzyrurowej
Wyniki
Dwp  0,500[m]
i  85
d z  0,038[m]
f H 2O 
  Dwp 2  i    d z 2
4
f H 2O  0,102[m 2 ]
Prędkość liniowa dla wody
7.9
kg
]
s
 0,102[m 2 ]
G H 2O  20,63[
f H 2O

 H O  998,45[
2
H O 
kg
]
m3
2
G H 2O

f H 2O   H 2O
m
s
 H O  0,2[ ]
2
7.10 Zastępcza średnica d e
Dwp  0,500[m]
Dwp  i  d z
2
d z  0,038[m]
de 
i  85
8
8.1
2
Dwp  i  d z
d e  0,042[m]
Równania kryterialne
Wartości liczb kryterialnych dla aniliny
8.1.1
Liczba Reynoldsa
m
s
d w  0,0322[m]
 A  0,1[ ]

 A  938[
kg
]
m3


Re A 
A  dw   A

A
Re A  4604
 A  6,56  10 [ Pa  s ]
4
8
12
12
Dane:
Obliczenia:
8.1.2 Liczba Prandtla
Wyniki

 A  6,56  10  4 [ Pa  s ]

 A  0,164[
W
]
mK


Cp A  2262,8
PrA 
J
[
]
kg  K
8.1.3
Re A  4604

Cp A  A
PrA  9,05

A
Liczba Nusselta
Nu A  0,023  Re A  PrA
0 ,8
PrA  9,05
8.1.4
0, 4
Nu A  47,30
Współczynnik wnikania ciepła
Nu A  47,30

W
]
mK
d w  0,0322[m]
 A  0,164[

Nu A   A
A 
dw
8.2
W
]
m2  K
Wartości liczb kryterialnych dla wody
8.2.1
m
s
d e  0,042[m]
 A  240,907[
Liczba Reynoldsa
 H O  0,2[ ]
2

H O
2
kg
 998,45,35[ 3 ]
m

Re H 2O 
H O  de   H O
2
2

H O
2
Re H 2O  7938

 H O  10,7  10  4 [ Pa  s ]
2
8
13
13
Dane:
Obliczenia:
8.2.2 Liczba Prandtla
Wyniki

 H O  10,7  10  4 [ Pa  s ]
2

 H O  0,591[
2
W
]
mK


Cp H 2O  4205,25
PrH 2O 

Cp H 2O   H 2O

PrH 2O  7,61
H O
J
[
]
kg  K
2
8.2.3
Re H 2O  7938
PrH 2O  7,61
Liczba Nusselta
Nu H 2O  0,023  Re H 2O  PrH 2O
0 ,8
8.2.4
0, 4
Nu H 2O  68,24
Współczynnik wnikania ciepła
Nu H 2O  68,24

W
]
mK
d e  0,042[m]
 H O  0,591[

2
H O 
Nu H 2O   H 2O
de
2
 H O  960,26[
2
8.2.5
W
]
m2  K
Współczynnik przenikania ciepła
s r  0,002[m]
W
]
m2  K
W
 H 2O  960,26[ 2
]
m K
W
 st  58[
]
mK
 A  240,907[
8
Dane:
K
1
1
A

sr
 st

1
H O
Obliczenia:
2
K  213,24[
W
]
m2  K
14
Wyniki
14
Powierzchnia wymiany ciepła
9
9.1
Teoretyczna powierzchnia wymiany ciepła
J
Q  4,338 * 10 5 [ ]
s
Tm  97,5[ K ]
K  213,24[
Ft 
W
]
m2  K
9.2
Q
Tm  K
Ft  19,43[m 2 ]
Rzeczywista powierzchnia wymiany ciepła
Frz  Ft  0,3  Ft
Ft  19,43[m 2 ]
9.3
Frz  25,26[m 2 ]
Powierzchnia jednostkowa rurek
Dla wartości  A   H 2O , wartość
dx  dw
d w  0,0322[m]
Fj  i   d w
i  85
9.4
Długość rurek
Frz  25,26[m 2 ]
L
F j  8,444[m 2 ]
F j  8,444[m 2 ]
Frz
Fj
L  2,99[m]
Na podstawie normy BN-80/2251-04 dobieram
rurki o długości L` 3,000[m]
9.5
Sprawdzenie smukłości aparatu
L` 3,000[m]
Dwp  0,500[m]
L`
L`
6
7
Dwp
Dwp
9.6
L` 3,000[m]
8
L`
6
Dwp
Wysokość czynna aparatu
H  L`
H  3,000[m]
15
15
Dane:
9.7
F j  8,444[m 2 ]
F ` F j  H
H  3,000[m]
9.8
F ` 25,33[m 2 ]
Frz  25,26[m ]
2
Obliczenia:
Powierzchnia czynna aparatu
Wyniki
F ` 25,33[m 2 ]
Rezerwa powierzchni aparatu
F ``
F ` Frz
 100%
Frz
F `` 0,28%
10 Obliczenia konstrukcyjno – wytrzymałościowe
10.1 Dobór materiału
Do wykonania wymiennika ciepła przyjęto
- stal St3 – dla płaszcza i rur w króćcach
według normy PN–89/H–84023/07
- stal St3 – dla dennic i rurek
- uszczelki azbestowo-kauczukowe
10.2 Grubość płaszcza – powłoki cylindrycznej
10.2.1 Dopuszczalne naprężenia na rozciąganie
Rep  21  10 7 [
N
]
m2
X ep  1,8
 ` 1
kp 
Rep
X ep
 `
k p  1,167  10 8 [
N
]
m2
10.2.2 Ciśnienie hydrostatyczne
m
]
s2
H  3,000[m]
a  9,81[

H O
2
kg
 998,45[ 3 ]
m

Ph  a  H   H 2O
Ph  2,938  10 4 [ Pa]
10.2.3 Ciśnienie obliczeniowe
Pa  1,013  10 5 [ Pa]
Ph  2,938  10 4 [ Pa]
8
Pow  Ph  Pa
Pow  1,306  10 5 [ Pa]
16
16
Dane:
Obliczenia:
10.2.4 Współczynnik wytrzymałości szwu
Wyniki
Dzp  0,512[m]
Dwp  0,500[m]

D zp
Dwp
D zp
Dwp
 1,4  a` 1  z  0,8
  1,017
z  0,8
10.2.5 Grubość ścianki płaszcza
Dwp  0,500[ m]
Pow  1,306  10 5 [ Pa]
a 1
k  1,167  10 8 [
N
]
m2
z  0,8
g p0 
Dwp  Pow
2,3
 k p  z  Pow
a
g p 0  0,002[m]
10.2.6 Rzeczywista grubość ścianki
c1  0,005[m]
c 2  0,001[m]
g p  c1  c 2  g p 0
g p 0  0,002[m]
g p  0,008[m]
Na podstawie normy BN-80/2251-04
dobieram grubość ścianki g p  0,009[m]
10.3 Grubość dennicy
10.3.1 Naprężenia dopuszczalne na rozciąganie
Red  21  10 7 [
X ed  1,4
 ` 1
8
N
]
m2
kd 
Red
`
X ed
k d  1,5  10 8 [
17
17
N
]
m2
Dane:
Obliczenia:
10.3.2 Współczynnik osłabienia dna
Wyniki
Dwd  0,500[m]
D zd  0,512[m]
hw  0,150[m]
w
d o  0,300[m]
do
D zd  s d
w  4,583
s d  0,006[m]
hw
 0,245
Dzd
10.3.3 Współczynnik wyoblenia dna
w  4,583
hw
 0,245
Dzd
yw  f (
hw
, w)
Dzd
Na podstawie tabeli współczynnika wyoblenia
odczytujemy wartość y w  5,9
y w  5,9
10.3.4 Grubość dennicy
D zd  0,512[m]
Pow  1,306  10 5 [ Pa]
y w  5,9
k d  1,5  10 8 [
N
]
m2
gd0 
Dzd  Pow  y w
4  kd  z
g d 0  0,001[m]
z  0,8
10.3.5 Rzeczywista grubość dennicy
c1  0,005[m]
c 2  0,001[m]
g d 0  0,001[m]
8
g d  c1  c2  g d 0
g d  0,007[m]
Na podstawie normy PN-64/M-35411 dobieram
grubość dennicy g d  0,008[m]
18
18
Dane:
Obliczenia:
10.4 Średnica w ścianie płaszcza nie wymagająca wzmocnienia
Wyniki
10.4.1 Współczynnik zr p
Dwp  0,500[ m]
Pow  1,306  10 5 [ Pa]
g p  0,008[m]
c 2  0,001[ m]
k p  1,167  10 8 [
zr p 
N
]
m2
Pow  ( Dwp  g p  c 2 )
2,3
 k p  ( g p  c2 )
a
zr p  0,322
a 1
10.4.2 Średnica nie wymagająca wzmocnienia
Wybieramy najmniejszą wartość z trzech
możliwych:
Dwp 0,500[m]
g p  0,008[m]
d p1  0,81  3 Dwp  ( g p  c 2 )  (1  zr p )
d p1  0,122[m]
d p 2  0,35  D zp
d p 2  0,213[m]
d p 3  0,125[m]
d p 3  0,2[m]
zr p  0,322
c 2  0,001[m]
D zp  0,516[m]
d p  0,122[m]
10.5 Średnica w ścianie płaszcza nie wymagająca wzmocnienia
10.5.1 Współczynnik zr p
Dwd  0,500[m]
Pow  1,306  10 5 [ Pa]
g d  0,008[m]
c 2  0,001[ m]
k d  1,5  10 8 [
N
]
m2
zrd 
Pow  ( Dwd  g d  c 2 )
2,3
 k d  ( g d  c2 )
a
zrd  0,046
a 1
8
19
19
Dane:
Obliczenia:
10.5.2 Średnica nie wymagająca wzmocnienia
Wyniki
Wybieramy najmniejszą wartość z trzech
możliwych:
Dwd 0,500[m]
g d  0,008[ m]
zrd  0,046
c 2  0,001[m]
D zd  0,516[ m]
d p1  0,81  3 Dwp  ( g p  c 2 )  (1  zr p )
d p1  0,125[m]
d p 2  0,35  D zp
d p 2  0,213[m]
d p 3  0,125[m]
d p 3  0,2[m]
d p  0,125[m]
10.6 Grubość dna sitowego
10.6.1 Współczynnik wytrzymałości dna sitowego
Z normy BN-69/2251-06 odczytano liczbę
otworów w poszczególnych rzędach dna sitowego.
Dla rzędu zerowego wynosi 10. Przyjęto układ
heksagonalny rozmieszczenia rurek z podziałką
t  0,048[m]
i` 10
d 0  0,042[ m]
t  0,048[ m]

i`t  (i`1)  d 0
i`t  d 0
  0,233
10.6.2 Grubość dna sitowego
Dwp  0,500[ m]
Pow  1,306  10 5 [ Pa]
c1  0,005[m]
c 2  0,001[ m]
N
k p  1,167  10 [ 2 ]
m
  0,277
8
8
g s  0,32  Dwp 
Pow
 c1  c2
k 
g s  0,019[m]
20
20
Dane:
Obliczenia:
10.6.3 Sposób mocowania rurek
Wyniki
Ze względu na zależność t  d z  5 , stosujemy
metodę rozwalcowania jako sposób połączenia
rurek z dnem sitowym – sposób mocowania S1
wg. Normy BN-80/2251-03-08
10.7 Dobór armatury na podstawie norm
10.7.1 Króćce wlotu/wylotu mediów
10.7.1.1 Wlot/wylot woda
G H 2O  20,63[
kg
]
s
m
s
 H O  0,2[ ]
2

H O
2
kg
 998,45[ 3 ]
m
d kp  2 
G H 2O

  H O   H O
2
d kp  0,363[m]
2
Z normy PN-67/H-74721 przyjmuję króciec o
średnicy d kp  0,500[m]
10.7.1.2 Wlot/wylot aniliny
kg
]
s
m
 A  0,1[ ]
s

kg
 A  938[ 3 ]
m
G A  6,39[
d kd 
4  GA

 A   A
d kd  0,02[m]
Z normy PN-67/H-74721 przyjmuję króciec o
średnicy d kd  0,300[m]
10.7.2 Kołnierze
Kołnierz łączący powłokę z dennicą górną został
dobrany z normy PN-67/H-74721 o średnicy
d k  0,500[m]
8
21
21
Dane:
Obliczenia:
10.7.3 Uszczelki
Wyniki
W aparacie zastosowano uszczelki azbestowokauczukowe. Wymiary uszczelek według normy
PN–86/H–74374/02 o średnicy:
- kołnierz - d ku  0,500[m]
- króciec woda - d kpu  0,500[m]
- króciec anilina - d kdu  0,300[m]
10.8 Masa aparatu
10.8.1 Pustego
10.8.1.1 Masa cylindra
kg
]
m3
D zp  0,516[m]
 st  7750[
Dwp  0,500[m]
( Dzp  Dwp )
2
Mc 
2
4
H  3,000[m]
    st  H
M c  296,69[kg]
10.8.1.2 Masa dna sitowego
kg
]
m3
 0,516[m]
 st  7750[
Dwp
d z  0,038[m]
i  85
( Dwp  i  d z )
2
Ms 
2
4
g s  0,019[m]
    st  g s
M s  25,72[kg]
10.8.1.3 Masa rurek
kg
]
m3
d w  0,0322[m]
 st  7750[
d z  0,038[m]
i  85
H  3,000[m]
8
(d  d w )
Mr  z
    st  H  i
4
2
2
M r  631,65[kg]
22
22
Dane:
Obliczenia:
10.8.1.4 Masa pustego aparatu
Wyniki
M c  296,69[kg]
M s  25,72[kg]
M r  631,65[kg]
M d  20,00[kg]
M kp  29,60[kg]
M kd  14,20[kg]
M k  33,00[kg]
M ap  M c  2  M kd  2  M kp  2  M d  2  M s 
 Mr  Mk
M ap  1140,38[kg]
10.8.2 Pełnego
10.8.2.1 Masa wody

kg
]
m3
 0,516[m]
 H O  998,45[
2
Dwp
d z  0,038[m]
i  85
( Dwp  i  d z )
2
M H 2O 
H  3,000[m]
2
4

    H 2O  H
M H 2O  337,46[kg]
10.8.2.2 Masa aniliny

kg
]
m3
d w  0,0322[m]
 A  938[
i  85
2
M KP
H  3,000[m]

d
 w    H  i   KP
4
M KP  194,68[kg]
10.8.2.3 Masa pełnego aparatu
M ap  1140,38[kg]
M H 2O  337,46[ kg]
M KP  194,68[ kg]
8
M a  M ap  M H 2O  M KP
M a  1672,52[kg]
23
23
Dane:
Obliczenia:
10.9 Dobór łap
Wyniki
Łapy dobrano według normy BN-64/2252-01
Zalecana wielkość łap:
W  0,125[m]
Główne wymiary łap aparatów według
BN-64/2252-01
8
W
H
s
[m]
m
emax
0,125
0,200
0,105
0,128
0,100
Masa
[kg ]
3,2
24
24
11 Wykaz oznaczeń
Symbol
Cp A
Średnie ciepło właściwe aniliny
Dwp
Średnica wewnętrzna płaszcza cylindra
Jednostka
J
[
]
kg  K
J
[
]
kg  K
J
[
]
kg  K
J
[
]
kg  K
[m]
D zp
Średnica zewnętrzna płaszcza cylindra
[m]
F`
Powierzchnia czynna aparatu
[m 2 ]
F ``
Fj
Rezerwa powierzchni aparatu
[m 2 ]
Powierzchnia jednostkowa rurek
[m 2 ]
Frz
Ft
Rzeczywista powierzchnia wymiany ciepła
[m 2 ]
Teoretyczna powierzchnia wymiany ciepła
G H 2O
Masowe natężenie przepływu wody
GA
Masowe natężenie przepływu aniliny
H
L
L`
K
Ma
Wysokość czynna aparatu
Długość rurek
Rzeczywista długość rurek
Współczynnik przenikania ciepła
Masa aparatu
[m 2 ]
kg
[ ]
s
kg
[ ]
s
[m]
[m]
[m]
[kg ]
M ap
Masa pustego aparatu
[kg ]
Mc
Masa cylindra
[kg ]
Md
Masa dennicy
[kg ]
M H 2O
Masa wody
[kg ]
M KP
Mk
Masa kwasu propionowego
[kg ]
Masa kołnierza
[kg ]
M kd
Masa króćca dennicy
[kg ]
M kp
Masa króćca płaszcza
[kg ]
Ms
[kg ]
Mr
Nu H 2O
Masa dna sitowego
Masa rurek
Liczba Nusselta dla wody
-
Nu A
Liczba Nusselta dla aniliny
-
Pr
Pole przekroju rurki
[m 2 ]
Cp H 2O
Cp A

Cp H 2O

Oznaczenie
Ciepło właściwe wody
Ciepło właściwe aniliny
Średnie ciepło właściwe dla wody
[kg ]
25
Pa
Ciśnienie atmosferyczne
[Pa]
Ph
Ciśnienie hydrostatyczne
[Pa]
Pow
Ciśnienie obliczeniowe
[Pa]
PrH 2O
Liczba Prandtla dla wody
-
PrA
Re H 2O
Liczba Prandtla dla aniliny
-
Re A
Liczba Reynoldsa dla wody
Red
Liczba Reynoldsa dla aniliny
Wytrzymałość na statyczne rozciąganie dla
płaszcza
Wytrzymałość na statyczne rozciąganie dla
dennicy
TH 2O1
Temperatura wody na wylocie
N
[ 2]
m
N
[ 2]
m
[K ]
TH 2 O 2
Temperatura wody na wlocie
[K ]
T A1
TA2
Temperatura aniliny na wylocie
Temperatura aniliny na wlocie
Q
Ciepło wymienione podczas procesu
W
X ep
Wielkość łap wspornych
Współczynnik bezpieczeństwa dla płaszcza
[K ]
[K ]
J
[ ]
s
[m]
X ed
Współczynnik bezpieczeństwa dla dennicy
a
Przyspieszenie ziemskie
Rep
m
[ 2]
s
de
Naddatek grubości blachy ze względu na
minusową odchyłkę blachy
Naddatek grubości blachy ze względu na
korozję
Średnica nie wymagająca wzmocnienia dla
dennicy (1 sposób)
Średnica nie wymagająca wzmocnienia dla
dennicy (2 sposób)
Średnica nie wymagająca wzmocnienia dla
dennicy (3 sposób)
Średnica nie wymagająca wzmocnienia dla
dennicy dobrana
Średnica zastępcza
dk
Średnica kołnierza
[m]
d ku
Średnica uszczelki dla kołnierza
[m]
d kdu
Średnica uszczelki dla króćca w dennicy
[m]
d kpu
Średnica uszczelki dla króćca w płaszczu
[m]
d kd
Średnica króćca w dennicy
[m]
d kp
Średnica króćca w płaszczu
[m]
c1
c2
d d1
dd2
dd3
dd
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
26
d p1
d p2
d p3
dp
do
dw
dz
f H 2O
Średnica nie wymagająca wzmocnienia dla
płaszcza (1 sposób)
Średnica nie wymagająca wzmocnienia dla
płaszcza (2 sposób)
Średnica nie wymagająca wzmocnienia dla
płaszcza (3 sposób)
Średnica nie wymagająca wzmocnienia dla
płaszcza dobrana
Średnica otworu w dennicy
[m]
[m]
[m]
[m]
[m]
Średnica wewnętrzna rurki
Średnica zewnętrzna rurki
[m]
Powierzchnia przestrzeni międzyrurowej
[m 2 ]
Pole przekroju rurek
[m]
f KP
g p0
Grubość ścianki płaszcza
[m 2 ]
[m]
gp
Rzeczywista grubość ścianki płaszcza
[m]
gd0
Grubość ścianki dennicy
[m]
gd
Rzeczywista grubość ścianki dennicy
[m]
gs
Grubość dna sitowego
[m]
hw
i
i`
Wysokość części wyoblonej dennicy
Ilość rurek
Ilość rurek w zerowym rzędzie
Dopuszczalne naprężenia na rozciąganie dla
dennicy
Dopuszczalne naprężenia na rozciąganie dla
płaszcza
sd
Szacowana grubość ścianki dennicy
[m]
N
[ 2]
m
N
[ 2]
m
[m]
sp
Szacowana grubość ścianki płaszcza
[m]
sr
t
w
yw
z
zrd
[m]
[m]
-
T1
T2
Tm

`
Grubość ścianki rurki
Podziałka rozmieszczeni rurek
Współczynnik osłabienia dna
Współczynnik wyoblenia dna
Współczynnik wytrzymałości szwu
Współczynnik dla dennicy dobrany z literatury
Współczynnik dla płaszcza dobrany z
literatury
Różnica temperatur
Różnica temperatur
Średni moduł napędowy
Współczynnik wytrzymałości dna sitowego
Współczynnik dobrany z literatury
H O
Współczynnik wnikania ciepła dla wody
kd
kp
zr p
2
[K ]
[K ]
[K ]
W
[ 2
]
m K
27
A
Współczynnik wnikania ciepła aniliny

Współczynnik dobrany z literatury
Lepkość wody
W
]
m2  K
[ Pa  s ]
H O
Średnia lepkość wody
[ Pa  s ]
A
Lepkość aniliny
[ Pa  s ]
A
Średnia lepkość aniliny
[ Pa  s ]
H O
Współczynnik przewodzenia ciepła dla wody
H O

Średni współczynnik przewodzenia ciepła dla
wody
A
Współczynnik przewodzenia ciepła dla aniliny
H O
2

[
2

2
2
 St
Średni współczynnik przewodzenia ciepła
aniliny
Współczynnik przewodzenia ciepła dla stali
St3
H O
Gęstość wody

A
2

H O
Średnia gęstość wody
A
Gęstość aniliny
2

A
Średnia gęstość aniliny
 st
Gęstość stali
H O
Prędkość liniowa wody
A
Prędkość liniowa aniliny
rzA
Rzeczywista prędkość liniowa aniliny
2
W
]
m K
W
[
]
m K
W
[
]
m K
W
[
]
m K
W
[
]
m K
kg
[ 3]
m
kg
[ 3]
m
kg
[ 3]
m
kg
[ 3]
m
kg
[ 3]
m
m
[ ]
s
m
[ ]
s
m
[ ]
s
[
28
12 Literatura
1. L. Broniarz – Press, J.Różański, S.Woziwodzki „Inżynieria chemiczna i
procesowa – procesy wymiany ciepła”
2. L.W. Kurmaz „Podstawy konstrukcji maszyn – projektowanie”
3. Pikoń „Podstawy konstrukcji aparatury chemicznej”
29