Примеры тепловых и компоновочных расчётов теплообменных аппаратов
Курсовая работа №4
Тепловой и компоновочный расчёты спирального теплообменника
Задание.Произвести тепловой и компоновочный расчеты спирального теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола с расходом Gб=1000кг/час при атмосферном давлении.
Жидкий бензол отводится при температуре конденсации насыщенных паров. Охлаждающий агент - вода с начальной температурой –tв1=220С и конечной –tв11=320C. Термическое сопротивление поверхности теплообмена со стороны бензола – 0,0001м2час*К/ккал, а со стороны воды - 0,0007м2*час*К/ккал. Температура кипения бензола при атмосферном давлении tк=80,10С, а скрытая теплота парообразования бензола – r=94,5ккал/кг.
Решение.
1. Определяем основные параметры спирального теплообменника.
Больший температурный напор ∆tб = tк - tв1 = 80,1-22 = 58,10С
Меньший температурный напор ∆tм = tк - tв11 = 80,1-32 = 48,10С
Среднелогарифмический напор
∆t=(∆tб - ∆tм)/ℓn(∆tб/∆tм) = (58,1-48,1)/ℓп(58,1/48,1)=52,90С
Средняя температура охлаждающей воды
tв = tк - ∆t=80,1 - 52,9 = 27,20С
Тепловая нагрузка (теплопроизводительность )
Q=Gбr =1000*94,5=94500ккал/час=94500*427*9,81/3600 =
=109958Вт ≈ 110кВт
Здесь:
r = 94,5ккал/кг - скрытая теплота парообразования бензола при атмосферном давлении;
Gб = 1000кг/час – массовый расход бензола (задано).
Массовый расход охлаждающей воды
Gв =Q/cр(tв11-tв1) =94500/(1*(32-22)) = 9450кг/час.
|
|
Здесь ср= 1ккал/кг*К – теплоёмкость воды при средней температуре tв=27,20С.
2. Тепловой расчет спирального теплообменника.
Основные размеры канала спирального теплообменника и скорости движения теплоносителей.
2.1. Площадь поперечного сечения канала спирального теплообменника определяем по параметрам движения охлаждающей воды.
Принимаем скорость движения воды W ≈ 0,5м/c. Тогда ориентировочная площадь поперечного сечения канала
S=Gв/(ρ*w*3600)= 9450/(1000*0,5*3600) = 0,00525 м2,
где ρ = 1000кг/м3 – плотность воды
Примечание: при значении массового расхода воды, превышающем 10000кг/час, принимать скорость движения воды по зависимости
W ≈ 0,5 + (Gв - 10000)*0,5/10000,
а затем определять площадь поперечного сечения канала.
Принимая высоту канала равной в=10мм, получим ширину спирали
В=S/в=0,00525/0,01 = 0,525 м= 525 мм
С учетом конструктивных особенностей организации уплотнения каналов с торцов (рис.5 и рис.6, Приложение), принимаем ширину канала равной
Вк=0,5=500 мм.
Тогда, скорость охлаждающей воды равна
Wв=Gв/(3600*ρв*Вк*в)=9450/(3600*1000*0,5*0,01) = 0,525м/c
Для бензола принимаем такое же сечение канала Sб = S
Скорость движения бензола в каналах теплообменника
|
|
Wб = Gб/(3600*ρб*Вк*в) = 103/3600*825*0,5*0,01=0,067м/c
Здесь ρб = 825кг/м3 плотность жидкого бензола на линии насыщения [2].
Определим коэффициент теплопередачи.
Гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола
d=4S/Р=4*Вк*в/(2(Вк+в))=4*0,5*0,01/(2*0,51) = 0,0196м=19,6м
Здесь S и Р – площадь поперечного сечения канала и его периметр соответственно.
2.2.2. Коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола определяют по зависимости [1].
альфаб=А/4√d*∆tб
где d-гидравлический диаметр канала;
∆tб – температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала со стороны бензола;
А – коэффициент, зависящий от физических свойств конденсирующегося бензола и от скрытой теплоты его парообразования. Зависимость для определения коэффициента А приведена далее.
Дальнейший расчёт проводим последовательными приближениями, задаваясь в каждом новом приближении температурой стенки канала со стороны бензола. Каждое приближение заканчиваем сравнением заданного и полученного значений температуры стенки канала со стороны бензола.
Приближение №1.
Принимаем температуру стенки канала со стороны бензола равной tст1 = 57,90C
|
|
Тогда, ∆tб = tк – tст1 = 80,1 – 57,9 = 22,20C – температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала, а средняя температура плёнки конденсирующегося бензола равна
tп = (tк + tст1)/2 = (80,1+57,9)/2 = 690C
В соответствии с [1]
А=С0,75*r0,25, где С - коэффициент, зависящий от физических параметров конденсата бензола (от температуры его насыщенных паров).
В нашем случае С=3423 [1]. В курсовой работе допускается принимать это значение для всех вариантов заданий.
Тогда,
альфаб=А/4√d∆t,б = 34230,75*94,50,25/4√0,0196*22,2 = 1395/0,812 =
= 1718ккал/м2часК = 1998Вт/м2К
Для определения коэффициента теплоотдачи к воде определим её режим течения.
Число Рейнольдса
Re=wdρ/μ=wdγ/μg=(0,525*0,0196*1000)/(0,854*1,02*10-4*9,81) = 12042
В этой зависимости
μ = 0,854сП=0,854*1,02*10-4 = 87,108*10-6кг*с/м2-динамический коэффициент вязкости воды при её средней температуре t=27,20C (таблица №1 или [2]; перевод из единиц “сантипуаз” в “кг*с/м2 технической системы единиц” см. в [3]).
Режим течения турбулентный.
Для турбулентного режима течения воды коэффициент теплоотдачи определим по зависимости [1].
альфав=А5w0,8в/d0,2,
где А5=1860 (таблица№3, Приложение).
альфав=1860*0,5250,8/0,01960,2=2439ккал/м2часК=2838 Вт/м2КК
|
|
Термические сопротивления загрязнений канала приведены в задании. Термическое сопротивление загрязнения со стороны бензола равно Rзагр.б = =0,0001м2часК/ккал, а со стороны воды - Rзагр.в = 0,0007м2часК/ккал.
Определим термическое сопротивление стальной спирали, принимая её толщину равной δ = 2,5мм, а коэффициент теплопередачи стали равным λ = 40 ккал/м*час*К
Rст= б/λ = 0,0025/40 = 0,0000625м2часК/ккал
Тогда, коэффициент теплопередачи спирального теплообменника равен
к= 1/(1/альфаб+Rзатр.б+Rст+Rзатр.в+1/альфав) = 1/(1/1718+0,0001+0,0000625 + +0,0007 + 1/2439) = 1/(0,000582 + 0,0001 + 0,0000625 + 0,0007 + 0,00041) = =539,2ккал/м2часК=627Вт/м2К
Необходимая площадь поверхности нагрева спирального теплообменника
F=Q/к∆t= 94500/(539,2*52,9)=3,25м2
Дата добавления: 2018-05-30; просмотров: 307; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!