- •2012 Содержание
- •1. Описание технологической схемы.
- •2. Описание конструкции аппарата и обоснование его выбора
- •3. Расчёт температуры кипения и состава фаз.
- •4. Определение средней движущей силы процесса теплопередачи
- •5. Определение свойств теплоносителей.
- •6. Определение тепловой нагрузки и расхода теплоносителя.
- •7. Расчёт коэффициента теплопередачи и поверхности теплообмена.
- •8. Расчет гидравлического сопротивления трубного пространства теплообменника
4. Определение средней движущей силы процесса теплопередачи
Средняя разность температур для противоточной схемы движения:
Тсм1=96°С Тсм2=104,3°С
Тт2=179 °С Тт1= 179 °С
ΔТб=179-96=83°С, ΔТм=179-104=75 °С. ΔТср= (ΔТб+ ΔТм)/2=79°С.
5. Определение свойств теплоносителей.
Свойства насыщенного водяного пара и парового конденсата берем из справочной литературы [2,c.537]. Значения сводим в таблицу.
Свойство |
Сырьё
|
Теплоноситель (водяной пар) |
Плотность, кг/м3 |
770,18 |
5,037 |
Теплоемкость, Дж/(кг∙К) |
1894 |
4440 |
Вязкость, Па∙с |
0,31∙10-3 |
0,153∙10-3 |
Теплопроводность, Вт/(м∙К) |
0,117 |
0,675 |
6. Определение тепловой нагрузки и расхода теплоносителя.
Тепловую нагрузку Q определим исходя из уравнения
Q=1,05[ḡ·c·(Tw- Tн)+Ḡ·r]=1,05·[10200/3600·1894·(104,3-103,3)+5104/3600∙2024]=3019 кВт
Начальная энтальпия теплоносителя:
Iн=сТнк+r=1,894∙104,3+346,5=544,04 кДж
Конечная энтальпия теплоносителя:
Iк= сТкк+r=1,894∙103,3+346,5=542,15 кДж
Из уравнения теплового баланса определяется расход теплоносителя:
7. Расчёт коэффициента теплопередачи и поверхности теплообмена.
Ориентировочно принимаем коэффициент теплопередачи равным Кор=2000 Вт/(м2*К) [1,c.47].
Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи Fор , необходимая для конденсации пара
м2
Поскольку разность температур теплоносителей больше 50°С, к установке могут быть приняты аппараты с линзовым компенсатором [1,c.56]
Характеристики |
|
диаметр кожуха, мм |
400 |
диаметр труб, мм |
25*2 |
число ходов |
2 |
длина труб, м |
4 |
площадь поверхности теплопередачи, м2 |
31 |
число труб |
100 |
Принимаем, что по трубному пространству аппарата пойдёт сырьё, а по межтрубному – насыщенный водяной пар.
Определение коэффициента теплоотдачи для сырья (трубное пространство).
При кипении в трубах коэффициент теплоотдачи равен
α1=А’∙q0,6
где А’=780∙λ1,3∙ρ0,5∙ρп0,06/σ0,5∙ρп00,66∙μ0,3∙с0,3∙r0,6
ρп=ρп0=2,96 кг/м3.
α1=∙q0,6расч
При плёночной конденсации насыщенного пара и ламинарном стекании плёнки конденсата под действием сил тяжести коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле
α2=а∙В∙q-1|3,
где В=λ∙(ρ2∙g∙r/μ∙l)1/3.
Для вертикальных поверхностей а=1,21; l=Hтр-высота вертикальной трубы. Для одиночных горизонтальных труб а=0,645, l=dн – наружный диаметр трубы. Для конденсата водяного пара при температуре конденсации равной 179 °С физические свойства таковы: λ=0,675 Вт/(м∙К), ρ=5,145 кг/м3, μ=153∙10-6 Па∙с. Отсюда
α2=240463,3∙ q-1|3
Для получения функционального уравнения f(qрасч)=0 используем уравнение
Для нержавеющей стали λст=17,5 Вт/(м∙К), толщина стенки труб теплообменника δст=0,002 м. Принимаем термическое сопротивление загрязнений со стороны кипящей жидкости rзагр=1/5800 (м∙К/Вт). Термическим сопротивлением со стороны конденсирующегося насыщенного водяного пара пренебрегаем. Подставляя в выражение для 1/Красч значения коэффициентов теплоотдачи, получаем:
f(qрасч)=0,0002867∙ qрасч+0,345∙ qрасч0,4+0,12∙10-5∙ qрасч4/3-ΔТср=0.
Методом последовательного приближения решаем уравнение. Принимаем qрасч1=120000 Вт/м2, тогда f(qрасч)=-0,387. При qрасч2=125000 Вт/м2 f(qрасч)=2,0545.
Строим вспомогательный график в координатах qрасч-f(qрасч) находим, что f(qрасч)≈0 при qрасч=122000.
При таком qрасч коэффициенты теплоотдачи примут значения
α1=3267,49; α2=4848,37
Затем находим критическое значение qкр, выше которого наступает нежелательный плёночный режим кипения:
qкр=1,4∙r∙ρп0,5∙(g∙σ∙ρ)0,25
При средней температуре кипения равной 103,8°С
qкр=1,4∙346000∙2,960,5∙(9,81∙0,0177∙770,18)0,25=2838152,7.
Расчётная поверхность теплообмена равна
Fрасч=Q/qрасч=3018700/122000=24,74 м2.
Запас площади поверхности Δ составляет
, %
Δ=(31-24,74)∙100/31=20,1%.
Значение запаса площади поверхности теплопередачи для выбранного теплообменника лежит в допустимых пределах, поэтому такой аппарат можно использовать при испарении сырья.