Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Болдырев Ю.Н. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов целлюлозно-бумажного, лесохимического и гидролизного производств учеб. пособие для целлюлоз.-бумаж. техникумов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

11.36 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 2913 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Р е ш е н и е .	1. Найдем			коэффициент			теплоотдачи				со стороны
жидкости, для этого вычислим критерии Re и Рг:
		R e	Wd		600 • 0,033		QQ	„	M
		R e	= = — =		0,5 • Ю-з - 3 9			600;
	fl——		— •		щ			—d,Ud.
Так как Re> 10 000, определяем критерий									Nu по		уравнению
(7-27):
		Nu = 0,023 • 39 6000'8				• 3,030'4		=171.
Коэффициент теплоотдачи со стороны жидкости вычисляем по
формуле (7-26):
	a 2 = " 0 W • 171=3270					ефі2		•	град.
2. Принимая	тепловое сопротивление						со стороны жидкости г' =
= 0,00018 м2- град/вт,			определим тепловое					сопротивление стенки
с учетом коэффициента теплоотдачи к жидкости										(аг):
.		,	,	1	0,0025	, .	0 Д ) 0	1 8	. ,	1	•
"	*ст 1		'	«2	17,5	1			і	3270	~
			=0,000629 м2 - град\вт.
3. Для определения коэффициента теплоотдачи от конденсирую
щегося пара выпишем константы конденсата									(при температуре на
сыщения пара 7"= 169,6° С):
Плотность р, кг/м3									897
Вязкость		ц.,	н-сек/м2						163-10-6
Теплота		испарения г, дж/кг							2,057-10е
Теплопроводность				X, вт/м-град						0.679

Среднее число расположенных друг над другом труб

п _	342	_	5
m~	43	— / ' У й -

При конденсации пара на горизонтальных трубах критерий Ren J i равен:

_	2* dHzq	__	2* • 0,038 • 7,95?	fl	fi	.	fi
к е П л —	( i r	— 1 6 3	. 1 0 -6 . 2)057 • 106 ~		u.uuoooy.

Критерий-Ыип л в этом случае определяют по формуле (7-45):

Nu n	1,53	1,53		8,6
Nu n	Re^3 3	(0,00566?)0-33		q u
	Re^3 3	(0,00566?)0-33		q u
здесь q—удельная	тепловая	нагрузка,	которая		зависит от сред
него температурного	напора	0 с р и коэффициента			теплопередачи k,

который, в свою очередь, зависит от искомого коэффициента тепло отдачи со стороны пара:

0,679	8,6	395 ООО
"прив • Nuп л ~ 1,48 • 10-5		/з

ГДЄ О прпв приведенная толщина пленки, вычисляемая по формуле (7-41):

-"прпв"	(0,163 • 10-3)2 10,33	= 1,48 • 10~5 м.
	8972 . 9,81

4. Величина q неизвестна, поэтому задаемся несколькими ее зна чениями и определяем значения а\ и полное тепловое сопротивление стенки (с учетом коэффициентов <xi и ссг) из следующих выражений;

^ 0	>г0	-'
1	+	г с т = 1 + 0,000629.

Задаваясь величиной q, вычисляем ai, затем из формулы

вс р =:9/-о.

Полученные результаты сводим в табл. 8-І. По данным таблицы строим нагру зочную характеристику, показывающую за висимость между q и GCp (рис. 8-2). С по мощью графика находим тепловую нагрузку, соответствующую среднему температур- \ ному напору в рассчитываемом теплообмен- ^ нике:

Є с р = Г — 4 р = 169,6— 140 = 29,6° С.

Рис. 8-2. Нагрузочная характеристика теплообмен ника (к примеру 5)

г0 и, наконец, в о р ,

J S

75Д5"	W	4?
	qw3	вт/мг

Таблица 8-t

Расчетные величины (к примеру 5)

				q, ВТ/мг
	Величина	Размерность
			35000	40000	45000
	395 000	вт/м^-град	12 000	11520	11050
а 1 ~	q'/з	вт/м^-град	12 000	11520	11050
а 1 ~	q'/з
г0 = ~	+0,000629	м2град/вт	0,000712	0,000715	0,000719
9ср= Яго		град	25	28,6	32,4

Для полученной	графически		величины			q =41 150 вт/м2 найдем
для уточнения расчета		6 0 р :
		395 000	„	. „ „	І	ҐІ		-.
		41150, / з	= 11 400		вт/м- -		град;
Г о = Т Г 4 0 0 " + 0 ' 0 0 0 6 2 9 = г ° ' 0 0 0 7 1 6 6						М* '		гРад1вТ'
е с р	= 41 150-0,0007166 = 29,55° С.
Совпадение величин 0 с р хорошее.				определим			по формуле
5. Коэффициент	теплопередачи
/ г = - ^		= ^Уу-=1400 вт/м2					•	град.
О т в е т : 1400 вт/м2	• град.

Пример 6. По условиям примера 4 определить поверхность теп лообмена охладителя гидролизата, если в теплообменник поступает G =30 000 кг/ч гидролизата. Константы гидролизата:

Вязкость ц, н-сек/м2		0,34-10-3
Теплоемкость с,	док/кг • град	4000
Теплопроводность	Я, вт/м -град	0,68

Р е ш е н и е .

1. Тепловую нагрузку

с учетом

потерь

тепла в ок

ружающую среду

(2% от тепловой

нагрузки)

определяют по фор

муле (7-3):

Q=0,98 •

• 4000 • (170 - 90)=2, 6 • 106

вт.

Количество

охлаждающей

воды

вычисляем по формуле (8-3):

^ - э е о о

Ш72:%І°130)

- « О О О

л.6 / Ч.

В примере 4 определены: средний

температурный

напор 6 с р

64° С; средняя

температура

теплоносителей

Г о р = 119°С, £о р

55°С.

При температуре £ с р = 5 5 ° С константы воды:

Вязкость

(х, н-сек/м2

0,510-10~3

Теплоемкость с,

дж/кг • град

•,

4180

Теплопроводность

X, вт/м-град

0,653

2. В трубное пространство теплообменника

(два хода)

напра

вим воду,

а в межтрубное (один

ход) — гидролизат.

Принимаем

массовую

скорость воды

1^2 = 500 кг/м2-сек и определяем

сечение

труб одного хода по формуле (8-10):

44 800

3600 • 500

Выбираем стальные трубы диаметром 25/21 мм; сечение одной трубы: 5i = 0,785 • 0,0212 = 0,000346 м2; тогда количество труб в од ном ходе

	5тР		5
» - -	1 у	—	и 0,02ш о	— 7 9
			0,000346

По нормалям выбираем двухходовой теплообменник с диамет ром корпуса £>=400 мм и числом труб в одном ходе «і = 55; всего труб в теплообменнике /г = 2 - 55 = 110.

Площадь сечения труб одного хода 5 т р = 0,000346 • 55 = 0,019 ж2

и массовая скорость воды

, у /	_ _ _ g		44 800	R K	K	.		2
W 2	~ 3600 - 5 т р ~~ 3600 - 0,019 — о 0				0	к г 1	л	•с е к -
Критерии Re и Рг для воды:
	р	и-с _	0,51 • 10-3 . 418Q			0
	Р Г —	X	0653		—

Так как Re>10 000, критерий Nu определяем по формуле для тур булентного режима (7-27):

Nu = 0,023 • 26 8000'8 • 3,260 '4 =96.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды	вычисляем по фор
муле (7-26):
а 2 = Q'Q9^' • 96=2990 вт/м2 •	град.

3. В межтрубном пространстве без перегородок движется гидролизат: для него критерий Nu определяют по уравнению (7-32). Для определения эквивалентного диаметра межтрубного простран ства, которое входит в это уравнение, проведем следующий расчет. Сечение межтрубного пространства:

SMT p = 0,785[D2	— nd2) = 0,785(0,42 — ПО-0,025а ) =0,0716 м2.
Периметр межтрубного пространства:
IJ=n{D	+ nd) =п (0,4+ ПО-0,025) =9,1 м.
Эквивалентный диаметр:
	4 • sVTP	^^аотіб,^
" э к в	fj	УД	'
Массовая скорость	гидролизата:
	G	30 000	Кг1М ' СЄК-
W { ~ 3600 • SM T D —		3600 • 0,0716 — U	Кг1М ' СЄК-
	^мтр

Критерии Re и Рг для гидролизата:

п с

Wid _

120-0.025 _

спо 0

R e

0,34 • Ю-з — 8 Ь 3

р — ^ с

— ° ' 3 4 ' 1 0 - 3

•4 0 0 0

— о

•

X —

0,68

Вычисляем критерий Nu, а затем

коэффициент

теплоотдачи c%i

ло формуле

(7-26):

Nu =

1,16 (0,0315 • 8830) °'6 • 2°.3 3 =43,2;

i =

W ' 4

3 ' 2

= = 1 1 8 0 e T ^ 2 ' 2 ^

4. Определим

коэффициент

теплопередачи

по формуле

(8-20)

с учетом

тепловых

загрязнений:

со

стороны

гидролизата

ri =

= 0,00018 м2

• град/вт; со стороны

воды л2 =0,00035 м2

• град/вт;

& =

—

П П П 9

=58 4

вт/м2

•

град.

_ +

0,00018 +

^ +

5. Поверхность теплообмена определим по формуле (8-22):

с.2,6 • 106

F = 1 Ж Т б 4 - = 7 0

Принимаем с запасом F=75

м2.

О т в е т: 75 м2.

Пример 7. Рассчитать одноходовой

кожухотрубчатый теплооб

менник для нагревания

G = 6000 кг/ч

воздуха от начальной

темпе

ратуры ti=—10°С

до

конечной

— 4 = 60°С.

В теплообменнике

121 труба диаметром 38x2 мм. В межтрубное

пространство

пода

ется водяной пар при давлении Р = 1,18 бар

(1,2

кгс/см2).

Р е ш е н и е . 1. Определим

средний

температурный

напор

(тем

пература конденсации пара

при

заданном

давлении

равна Т =

= 104,2° С):

в, — в 2

114,2 — 44,2

_ , 0

„

104,2^104,2

с-,

с р

= 7 4 ° С.

- - 1 0 - 6 0

2.3 "Є - § Г

' 3 ' g

" 4 4 Х

ві = 114,2 Є2 ==44,2

Средняя температура воздуха (при Т = const):

tcp = Т — вер = 104,2 — 74 = + 30° С. При температуре £ с р = 30°С константы воздуха:

Плотность р, кг/м3	1,165
Теплоемкость с, дж/кг • град	1000
Вязкость ц, н-сек/м2	18,6-10-6
Теплопроводность Я, вт/м -град	2,66-10- 2
Критерий Прандтля Рг . . .,	0,701

Тепловую нагрузку определяем по формуле (7-4)

6000

Q = - | S r . ЮОО • [60 — (— 10)] = 117 ООО sr.

3600

Расход пара

(теплота конденсации его г=2,249-

10е

дж/кг)

находим

по формуле

(8-2):

117 000-3600

= =

2,249-106

= 1

6 К г

^ -

2. Коэффициент

теплоотдачи в трубном

пространстве

(к воз

духу) определяем в следующей последовательности:

вычисляем

сечение

трубного

пространства

( я — количество

труб)

5 T p

= 0,785d2n = 0,785 - 0,0342 -121=0,11 м2;

массовую скорость воздуха

уу/

6000

ICQ

•>

3600STP

" 3600-0,11

—

кгІм~'-

с е к '

критерий

Рейнольдса

15,3 • 0,034

0 0

Л Г 1 Г 1

R e = — =

1 8 6 , 1

_ 6

= 2 8 000;

здесь d = 0,034 м х - внутренний диаметр труб.

Так как Re>10 000,

используем

критериальное

уравйение для

турбулентного режима (7-27):

Nu = 0,023 • 28 ООО0-8

• 0,701°.4

= 72..

Коэффициент теплоотдачи вычислим по формуле (7-26):

а 2	„ п	•	2,66 -		10-2	втім2 •	град.
	= 7 2		щ	— = 5 6
3. Так как	коэффициент				теплоотдачи		к воздуху	(«2 =
= 56 втім2-град)	значительно				меньше	коэффициента теплоотдачи
от конденсирующегося		пара (порядка				10 000 вт/м2-град),		коэффи

циент теплопередачи от пара к воздуху можно принять равным ко

эффициенту СС2, Т. Є.	(
Й£Ё<Х2 = 56 вт/м2-	град.

4. Теперь можно определить поверхность теплообмена по фор

муле (8-22):
	Р__І17000__28 3		м2
	Г ~ ~ 56-74 — м > 6		м •
Длину труб теплообменника		(по поверхности, омываемой воздухом)
определяем по формуле (8-23):
,	F _	28,3

L~~ Ttdn ~ 121 я 0,034

м -

По каталогу принимаем длину трубчатки 1=2,5 м, тогда поверх ность теплообмена равна F— 121я0,034-2,5 = 32 м2. Запас поверх ности теплообмена необходим, так как при расчете нами несколько завышен коэффициент теплопередачи (в действительности /е<аг).

5. Определим гидравлическое сопротивление трубного простран ства. Коэффициент трения вычисляем по формуле

Х = = (1,8 lg Re — 1,5)2' = (1,8 • lg 28 ООО — 1,5)2 =0,02365.

Коэффициенты местных сопротивлений в одноходовом теплооб меннике приведены на стр. 117 (вход и выход воздуха 2 £ = 1,5+1 = = 2,5).

Гидравлическое сопротивление	трубного пространства (при дви
жении воздуха) определяем по формуле (8-24):
А/;=(0,02365 - -^-+2,5)	• ^ ^ - = 4 2 5 н\л\

Пример 8. Рассчитать теплообменник для подогревания жидко сти в системе принудительной циркуляции щелока в варочном котле. Производительность циркуляционного насоса V = 1000 м3/ч (для котла емкостью 250 м3). Температура жидкости в подогревателе увеличивается на 5°С и достигает величины г?з=140°С, соответст

вующей температуре варки в котле. Давление греющего пара Р =

= 7,85 бар (8 кгс/см2).


Р е ш е н и е . Константы водяного					пара и конденсата при давле
нии 7,85 бар следующие:
Температура		насыщения		Г, °С		169,6
Теплота парообразования				ч, дж/кг . . . .		2,057-106
Плотность	конденсата		р, кг/м3			900
Вязкость	конденсата		ц, н-сек/м2		дж/кг-град	0,166-10-3
Теплоемкость		конденсата		с,		4,38-103
Теплопроводность конденсата %, вт/м-град						0,68

Через подогреватель проходит щелок с концентрацией сухих ве ществ 10—12%. При температуре 130—140°С его константы равны [42]:

Плотность	р, кг/м3			1050
Теплоемкость		с,	дж/кг-град	3,82-103
Вязкость	р.,	н-сек/м2		0,5-10—3
Теплопроводность			X, вт/м-град	0,63

1. Определяем тепловую нагрузку подогревателя. Начальная температура жидкости равна:

fi = f2 —5 = 140 — 5 = 135° С.

Производительность подогревателя соответствует производи тельности циркуляционного насоса:

G = У р = 1000-1050 = 1,05-106 кг/ч = 292 кг/сек.

Тепловую нагрузку подогревателя определяют по формуле (7-4):

Q= 292-3,82 • 103- (140— 135) =5,57510е вт.

2.Определяем средний температурный напор:

169,6-169,6		та к к а к	=		2, то
135,0-140,0		0 2	О А	2 9	, 6 П П С
34,6	29,6	O c p = - g l ± ^ - =	3	4 - 6	2 + 2 9 ' 6 = 3 2 , 1 ° С .

Средняя температура жидкости равна:

tov = Т — 0 с р = 169,6 — 32,1 = 137,5° С.

Расход пара на подогрев жидкости вычисляем по формуле (8-2):

D = 2057 \|	= = 2 . 7 1 кг\сек=ШЪ	кг\ч.
3. Выбор конструкции	теплообменника. В качестве подогрева

теля в системе принудительной циркуляции целесообразно исполь

зовать вертикальный кожухотрубчатый					теплообменник. Жидкость
в таком теплообменнике	проходит			по трубам,			а пар — через	меж
трубное пространство.							W = 1500 кг/м2	• сек,
Принимаем массовую	скорость			жидкости			W = 1500 кг/м2	• сек,
тогда необходимое сечение труб одного хода равно:
^ т Р = -	^ - =	1 5	0 0	=0,195		м2.
Выбираем трубы из стали Х17Н13М2Т диаметром 38/33 мм;								сече
ние одной трубы равно:
Si = 0,785 • 0.0332				= 0,000855 м2.
Количество труб в одном ходе:
	SrP			0,195	_	o o q
" —	Si	~	0,000855 ~			°-

По нормалям НИИхиммаш принимаем двухходовой трубчатый теп лообменник с общим числом труб 488 и диаметром корпуса D — = 1200 мм.

Число труб в одном ходе п = 244, площадь сечения труб одного хода:

5 т р = 244 • 0,000855 = 0,2085 м2.

Массовая скорость жидкости после уточнения равна:

G292

4.Определим коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на поверхности вертикальных трубок.

Плотность стенания конденсата

равна:

Г = —-.—•=

,, ~

/ l g Q

=0,0465

кг/м •

сек,

ndHTi

п 0,038 •

488

здесь

/г = 488 — общее число

труб

теплообменнике;

с?п = 0,038 мм—

наружный диаметр трубы.

Находим критерий РчЄпл

для пленки конденсата:

D P

4Г _

4-0,0465

O I -

к и п л —

—

0,166

•

Ю-з

—

Так как Re M >400 , критерий

Nu n f l

определяем

по формуле

(7-47), предварительно вычислив критерий

Рг для

конденсата:

р _

;хс

0,166

• Ю-з . 4,38

• 1Q3

НГ~~

0,68

— 1.U/.

Здесь ц, с, X — параметры конденсата

при заданных

условиях

Nun.,==

6,25 • (1125 — 400)

„ „

= 0 - 1 8 7 5 .

гг"55

V- luoU

1,07й-33

Определим приведенную толщину пленки по формуле (7-41):

_ Г (0.166- 10-3)2 W,

°"Р;— L

9002 - 9,81

J — 1 , 0

•

Коэффициент теплоотдачи вычислим по формуле:

a i = ^ - N u n . n =

1 5 2 ° , 6 1 0 - 5

• 0,1875=8400 вт/м2

•

град.

Переходим к определению коэффициента теплоотдачи от поверх

ности труб к нагреваемой жидкости.

Вычислим критерий

Re для

жидкости

(массовая

скорость ее

равна W=

1400

кг/м2-сек):

p r _

. WdB

1400 - 0,033

_ n o

n n n

к е —

{Х

—

о,5-10-з

— У ^ и и и .

Критерий

Рг:

0,5 • Ю-з . 3,82

п г _

f*c

• 103

о п о

здесь rfB=0,033

м — внутренний диаметр труб;

ц, с,

X — параметры

нагреваемой

жидкости

при ^0 р=

137,5° С.

Так как Re> 10000, вычисляем критерий Nu по уравнению (7-27): Nu = 0,023 • 92 ООО0'8 • 3,030'4 = 334.

Коэффициент теплоотдачи найдем по формуле (7-26):

а 2 =

• 334=6400 вт/м2 • град.

Вычислим коэффициент теплопередачи от пара к жидкости по формуле (8-20) при следующих данных: толщине стенки трубы б =

= 0,0025 м; теплопроводности кислотоупорной

стали Я = 17,5 вт/мХ

Хград; тепловом

сопротивлении загрязнений

со стороны жидкости

/"3 = 0,00009

м2-град/вт;

k=—

n r , n o t -

=1970 вт/м2

• град.

_ ^ _ +

0,00009 + -

5. Поверхность теплообмена вычислим по формуле

(8-22):

г,

5,575 • 106

„

1970-32,1 =

8 7

' 7

' -

Длина труб при расчете поверхности по среднему диаметру

4 с Р = - Н ^

= - ^ 4

^ =

35,5

мм

равна:

87,7

„„

-Kd^n ~

тг 0,0355 • 488

~ 1

> ь г м -

Принимаем длину труб теплообменника k=2

м.

Итак, в качестве подогревателя к варочному

котлу

используется

двухходовой трубчатый теплообменник следующих параметров:

Поверхность

теплооб

мена по формуле (8—

^.0,0355-488-2=100

23), М?

^ =

Общее число труб л, шт.

488

Диаметр труб d, мм . .

38/33

Длина труб

/, мм . . .

2000

Диаметр

кожуха

D, мм

1200

Пример

9. Рассчитать

спиральный

теплообменник

для первой

ступени охлаждения парогазовой смеси конечной сдувки варочного котла. В течение часа в теплообменник поступает G'=6000 кг смеси


с начальной температурой		ТІ =136° С. Охлаждение		в первой сту
пени проводится до Т2 = 70°С. Считать, что парогазовая					смесь со
стоит из газа S0 2 (45% по весу) и водяного пара.				Охлажденный
газ 'S02 отсасывается	из теплообменника		специальным		вентилято
ром. Охлаждающая	вода	нагревается	в теплообменнике от U =

=20° С до / а = 7 0 ° С.

Ре ш е н и е . 1. Количество тепла, отданного парогазовой смесью

при охлаждении, определяют как разность теплосодержаний смеси до и после охлаждения. Теплосодержание водяного пара при Ті— = 136° С і„=2,734 • 106 дж/кг.

Теплоемкость газа S0 2		примем равной С г = 6 1 0 дж/кг - град.
В	исходной парогазовой смеси		содержится:	сернистого	ангид
рида	(S02 ) g r = 0,456000	= 2700	кг; водяного	пара (НЛЭ)	ga =

=0,55-6000 = 3300 кг.

9 З а к а з № 481	129

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 2913 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ