Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Предмет:

Процессы и аппараты химической технологии

Файл:

235

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.03.2015

Размер:

728.27 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 87 8 > Следующая >>>

Задача №38

В горизонтальном кожухотрубном подогревателе (трубки

стальные, диаметр 25 х 2 мм) нагревается Gp 1,667кгс водного

раствора NH4NO3 с концентрацией 60 % от температуры t1=50С

до t2 = 1100С. Нагревание производится насыщенным водяным паром с давлением P=0,6 МПа. Скорость раствора в трубках

W 0,8мс . Требуется определить поверхность нагрева аппарата,

число и длину трубок, а также расход греющего пара. Потери те-

пла в окружающую среду составляет 2 % от количества пере-

данного тепла.

Решение:

Определение удельной теплоемкости раствора NH4NO3 .

с	n1 cN2	n2 cH n3 c0				2 26 4 9,6 3,16 8 1,76кДж; [2]
с						2 26 4 9,6 3,16 8 1,76кДж; [2]
тв	MNH NO								80	кг К
			4	3						3,22кДж;
cр 0,6 с			0,4 с				0,6 4,19 0,41,76			3,22кДж;
	Н2О			NН4NО3						кг К
Определение расхода тепла и количества греющего пара
				2768кДж; t
P 0,6мПа; h				2768кДж; t				H	158,10C ;
			П		кг			H

Qcp Gp t2 t1 1,667 3,22 (110 50) 321,67кВт;

D	Q1,02		321,671,02	= 0,156	кг.

гр	hП	c t			c
			2768 4,19158,1

- 61 -

www.mitht.ru/e-library

Определение коэффициента теплоотдачи от раствора к стенкам трубок:

Nu dвн	; Nu f Re,Pr ; р 0,73мПа с; р 1480	кг	; р	р	;
р		м3
				р

Re W dвн 0,5 2110 3 1480 21300 Режим турбулнтный vp 0,7310 3

Nu 0,023 Re0,8 Pr0,4;

Pr	cp p		;
Pr	p		;
	p
					1
					p 3
p(300C) A cp p
p(300C) A cp p					Мсp

						1480	1		Вт
		8		3		1480	3		Вт
3,5810				3,2210	1480			0,568		; [2]
3,5810				3,2210	1480			0,568	м К	; [2]
						33,7			м К

где A 3,5810

; Мсp

33,7;

1 а

0,6

1 0,6

Ма

Мв

вt

;

= 0,675

Вт

м К

p(300C)

вt

в(30

50+110

Вт

при t =

в(300C) 0,618

;

[2]

м К

p(800С) 0,568 0,6750,618 0,621мВтК;

-62 -

www.mitht.ru/e-library

					3	0,7310	3
Pr		3,2210				0,7310		6,01;

				0,621
				0,621
Nu 0,023 213000,8 6,010,4 119,3;
	Nu p				119,3 0,621			3525	Вт			;
		d	вн			3		3525	м	2		;
		d				3				2
						2110					К

Коэффициент теплопередачи рассчитываем по уравнению:

		4		1		1
		K 3		1		1
1			t3		K				; [1]
1			t3		K				; [1]
		A

					3					1
					3		2 3 r g			4
где A = 0,728 4							2 3 r g				; возмём 0,74; [2]
где A = 0,728 4								dH			; возмём 0,74; [2]
								dH


			1
	2	3 r 4									0
											0
				7446 (берётся при t=158,1 C);

A=0,728 0,87446 19350;

Средняя разность температур:

ср 1 2; 1 (t t1) 158,1 50 108,10C; ln 1

	K	4	1		1	0,002
1		3		K			;
			74,13
					3525
19350						16

где 16мВтК;

Уравнение решается графически:

К 1730мВт2 К;

- 63 -

www.mitht.ru/e-library

К			K	4		1		1
К				3		1		1
	1				t	3	K
	1		A		t
			A

1500			0,86				0,723

1700			0,84				0,82

1750			0,83				0,844

1800		0,823					0,867

Определение числа труб.

Для обеспечения скорости 0,5 м/с необходимо число труб n.

4Gp

dвн

; n

W d2

вн

41,667

8 труб;

3,14 (2110 3)2 0,51480

Q1,02

321,671031,02

2,5м2;

k t

1730 74,1

F d l n l

2,5

4м;

d n

3,14 2510

Контрольный вопрос:

Как изменится поверхность нагрева аппарата, если тепло-

обменник расположить вертикально и принять высоту труб рав-

ной H = 2м;

- 64 -

www.mitht.ru/e-library

Ответ. F=3,1 м2.

Задача №39

В вертикальном кожухотрубном кипятильнике испаряется толуол, поступающий при температуре кипения под атмосфер-

ным давлением. Высота трубок H=4 м, диаметр 38х5 мм; трубки из углеродистой стали. Греющий пар P = 0,5 МПа. Количество испаряющегося толуола GT 0,278кгс . Определить поверхность

нагрева аппарата, количество трубок в аппарате и расход грею-

щего пара.

Коэффициент теплоотдачи от поверхности трубок к кипящему толуолу определить по формуле:

3,33		0,57	2,33		Мв Т			0,47		в	0,06
3,33		0,57	2,33							в
к 40	P		( t)	; где								; [1,4]
								0,47
						МТ	в	0,47	т
						МТ	в

P- рабочее давление ата,бар ;

t – разность между температурами поверхности нагрева и ки-

пящей жидкости;

Mв и МТ – молекулярные массы воды и кипящей жидкости;

в и Т – коэффициент динамической вязкости воды и кипя-

щей жидкости;

Решение:

- 65 -

www.mitht.ru/e-library

Q GTrT 0,278 307103 85,28103Вт; rT 307кДжкг ; [2]

D	Q	85,28103	40	кг	; где h 2754	кДж	;
	h ct	2754 637,7
				с		кг

c 4,19кДжкг К ; t 151,10С;

Коэффициент теплопередачи определяем по формуле:

	K	4	1		K	0,3
	K	3	1	K	K	0,3	0,7	; [1]
1	A		3	K	B			; [1]
	A				B

			1
	3	2	r 4
где A = c	k k
где A = c

	k

	1		1
9,81 4			9,81 4	8770;
		0,94 7455		8770;
H
H			4

примем c 0,94

B 40 Р0,57 3,33; Р 1ата; Мв 18; МТ 92; tT 110,60C;

950

кг

;

770

кг

;

0,22мПа с;

0,26мПа с; [2]

= 18770

0,47

0,06

0,22

0,416;

92950

0,26

В401(0,416)3,33 2,893;

t tT 151,1 110,6 40,50C;

Уравнение для определения "K" решаем графически:

46,6мВтК

- 66 -

www.mitht.ru/e-library

К	4	1	K		K	0,3	0,7
	1 K 3	3
	A				B


1000	0,812		0,032	+ 0,583 = 0,614

1200	0,759		0,0386 + 0,614 = 0,658

1400	0,704		0,045	+ 0,651 = 0,696

1600	0,647		0,0515	+ 0,6805 = 0,732

К 1380 Вт ;

м2 К

F Q 85,28103 1,53м2; k 1380 40,5

F d H n n dF H 3,141,530,038 4 4 трубы;

Задача №40

В котел-утилизатор подается на охлаждение G 5,556кгс га-

зов	обжига		пирита, содержащих а1	6% SO2, а2 74,2% N2,
а 19,8% O		2	(% массовые) при температуре t 5600C. Темпе-
3		2		1

ратура уходящих газов t2 2500C. За счет выделившегося тепла образуется водяной пар давлением 1 МПа. Газ проходит по тру-

бам диаметром				dH 25 2мм, выполненных из легированной
				Вт
стали		16			. Определить количество образующегося

	ст		м К

пара и поверхность теплообмена.

Решение.

- 67 -

www.mitht.ru/e-library

По справочнику [3] находим теплоемкости, плотности					и вязко-
сти газов при температуре t	0C	: cр кДж		, Па с ,	кг	;

			кг К		м
					3

t		SO2			N2			O2

	cp			cp			cp
250	0,64			1,05			0,918

560	0,814			1,12			0,09

405		2,5·	1,583		3,4·	0,51		3,7·	0,58
		·10-5			·10-5			·10-5

c2 0,06 0,64 0,7421,05 0,198 0,918 1,0103 кгДжК; при t t2; c1= 0,06 0,814 0,7421,12 0,9181,09 = 1,116103 кгДжК; при t t1;

i nai iMi0,5

i 1	; M	i	молекулярная масса i компонента;
i n	; M	i	молекулярная масса i компонента;
aiMi0,5
i 1

i коэффициент динамической вязкости i компонента;

при t		t1 t2	560	250	4050С; [2]

ср	2		2

		0,06 0,02510 3 640,5 0,742 0,03710 3 280,5
		0,06 640,5 0,742 280,5 0,198320,5
		0,06 640,5 0,742 280,5 0,198320,5
		0,1980,03710 3 320,5				3	Па с;
					0,033810
	0,5		0,5	0,5	0,033810
	0,06 64		0,742 28	0,19832
	i n							кг
ai i 0,06·1,583 0,742·0,51 0,198·0,58 0,589								кг	; при t tср
ai i 0,06·1,583 0,742·0,51 0,198·0,58 0,589								м3	; при t tср
		i 1		- 68 -				м3
				- 68 -

www.mitht.ru/e-library

i n	1
ai iMi3		;	0,0468	Вт	;
i 1				Вт
i n	1			м К
i n	1	О2		м К
aiMi3

i 1

SО2 0,0185мВтК; N2 0,0449мВтК;

				1	1	1
	0,06 0,0185 643 0,742 0,0449 283 0,148 0,0468 323
				1	1	1
		Вт		0,06 643 0,742 283 0,198 323
0,0433		Вт	;
0,0433			;
		м К
Количество переданного тепла:
Q G ct c t				5,556 (1,116 560 1250)		2083,3103Вт;.
	11 2 2

Количество пара, образующегося в единицу времени:

D	Q	2083,3103	1,03 кг; P 1мПа;
		2024103
	rП
		Дж
r 2024103 кг ; t 6310C; [2]

Для нахождения коэффициента теплопередачи воспользуемся уравнением (1):

1 K	0,3		1
		t 0,7 K				; (1) [1,4]	(1)

B
				2	ст

где B 40 Р0,57 3,33, для воды 1; [1,4]

B 40100,57 148,6

- 69 -

www.mitht.ru/e-library


	Nu
2		p	;Nu 0,023 Re0,8 Pr0,4;		[1]
		dвн
Re		wд dвн		30 0,02110 3 589	10980; примем w 30	м
				0,033810 3		с
д					д

c	c c				1 1,116		1,06	кДж	средняя теплоёмкость при
	2	1						кг К
	2	м			2

w 30			;
д		с
Pr c				1,06103 0,033810 3					0,828;

						0,0433

Nu 0,023109800,8 0,8280,4 34,84;

2		34,84 0,0433				71,83	Вт	;
						71,83		;
			0,021				м2 К
				2	381 71		0
	1			2			0
					381 184,5 C;
	ln				381 184,5 C;
	ln		2		ln 71
			1

1 (t t2) 631 250 3810C; 2 (t t1) 631 560 710C;

Уравнение (1)		решаем графически :

	K		K		0,3			1
	K		K		t	0,7	K	1
		1	B		t		K	2	ст
			B					2	ст
	40		0,975					0,562

	50		0,973					0,702

	70			0,97				0,983

						- 70 -
				www.mitht.ru/e-library

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 87 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Процессы и аппараты химической технологии

#
24.03.2015490.18 Кб26234.pdf
#
24.03.2015728.27 Кб41235.pdf
#
24.03.20151.01 Mб52236.pdf
#
24.03.2015810.76 Кб61242.pdf
#
24.03.2015565.99 Кб130244.pdf
#
24.03.20153.97 Mб224476 (2).pdf
#
24.03.2015652.17 Кб68478.pdf