Расчет и подбор нормализованного теплообменного аппарата
3,48
6,88
Значение Nu рассчитываем по формуле:
166,6
170
145,54
Коэффициент теплоотдачи рассчитаем по формуле:
1090
1100
1108
943,1
Плотность
теплового
потока
6597,4
-4433,7
-8487,8
Определим температуру стенки со стороны холодного теплоносителя – воды:
Данным температурам соответствуют следующие физико-химические показатели воды:
с2.1 = 4231,9 Дж/(кг К) – теплоемкость воды при tст = 240C;
с2.2 = 4252,9 Дж/(кг К) – теплоемкость воды при tст = 29,250C;
с2.3 = 4273,8 Дж/(кг К) – теплоемкость воды при tст = 39,70C;
с2.4 = 4315,7 Дж/(кг К) – теплоемкость воды при tст = 50,20C;
с2.5 = 4336,7 Дж/(кг К) – теплоемкость воды при tст = 55,40C;
λ2.1 = 0,611 Вт/(м К) ρ2.1 = 993,5 кг/м3
λ2.2 = 0,616 Вт/(м К) ρ2.2 = 995кг/м3
λ2.3 = 0,637 Вт/(м К) ρ2.3 = 992 кг/м3
λ2.4 = 0,645 Вт/(м К) ρ2.4 = 987,5 кг/м3
λ2.5 = 0,651 Вт/(м К) ρ2.5 = 985,3 кг/м3
μ2.1 = 0,9 10-3 Па с
μ2.2 = 0,801 10-3 Па с
μ2.3 = 0,656 10-3 Па с
μ2.4 = 0,549 10-3 Па с
μ2.5 = 0,509 10-3 Па с
Скорости воды:
Критерии Рейнольдса и Прандтля считаем аналогично:
Значение Прандтля:
Т.к. все значения Re>10000, то значение Nu:
Коэффициент теплоотдачи:
Плотность теплового потока:
Далее строим
графики зависимости
и
.
Совмещенные
кривые отображают
нагрузочную
характеристику
теплообменного
аппарата. Для
установившегося
процесса
теплопередачи
должно соблюдаться
условие q1
= q2, поэтому
точка пересечения
кривых определяет
действительную
плотность
теплового
потока и действительную
температуру
на поверхности
стенки со стороны
горячего
теплоносителя.
Зная эту температуру
можно с помощью
критериальных
уравнений
вычислить
значения
коэффициентов
теплоотдачи
и рассчитать
величину коэффициента
теплопередачи.
Данной температуре (Т=29) соответствуют следующие физико-химические показатели:
- для исходного вещества:
с1 = 2258,4 Дж/(кг К) – теплоемкость (стр. 562, рис. XI, [1]);
λ1 =0,167 Вт/(м К) – коэф. теплопроводимости (стр. 561, рис. X, [1]);
ρ1 =779,5 кг/м3 – плотность (стр. 512, т. IV, [1]);
μ1 = 0,293 10-3 Па с – коэф. динамической вязкости (стр. 516, т. IX, [1]).
- для воды:
с2 = 4232,9 Дж/(кг К) – теплоемкость (стр. 562, рис. XI, [1]);
λ2 =0,616 Вт/(м К) – коэф. теплопроводимости (стр. 561, рис. X, [1]);
ρ2 =995 кг/м3 – плотность (стр. 512, т. IV, [1]);
μ2 = 0,801 10-3 Па с – коэф. динамической вязкости (стр. 516, т. IX, [1]).
Рассчитаем значения Re и Pr:
Коэффициент теплоотдачи:
Коэффициент теплопередачи:
Погрешность расчета:
Заключение
Для достижения поставленной цели в данной семестровой работе рассматривались только нормализованные теплообменные аппараты (холодильники), без рассмотрения экономических факторов, таких как: металлоемкость, себестоимость, вес и т.п.
В процессе приблизительной оценки были рассмотрены нормализованные теплообменные аппараты с внутренним диаметром кожуха 400мм, 600мм и 800мм. Запас поверхности теплообмена, у теплообменника с внутренним диаметром кожуха 800мм, не удовлетворял исходным требованиям, и в дальнейшем расчете нагрузочной характеристики не рассматривался. При рассмотрении теплообменных аппаратов с внутренним диаметром кожуха 400мм и 600мм, запас поверхности теплообмена составил, соответственно, 9,7% и 5%.
Далее рассчитывалась нагрузочная характеристика аппаратов. Вследствие чего, теплообменный аппарат, с внутренним диаметром кожуха 600мм, имел высокую ошибку при расчете коэффициента теплопередачи (свыше 10%), что не удовлетворяет условию задачи.
Всем требуемым условиям соответствует двухходовой нормализованный кожухотрубчатый теплообменный аппарат с внутренним диаметром кожуха 400мм, в количестве 2шт.
Приложение №1
| Диаметр кожуха внутренний D, мм | Число труб n | Длина труб l, мм | Проходное сечение, м2 | nр | h, мм | ||||||||
| 1,0 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 6,0 | 9,0 | Sт102 | Sм102 | Sв.п.102 | ||||
| Поверхность теплообмена F, мм | |||||||||||||
| Одноходовые | |||||||||||||
| 159* | 13 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | - | - | - | 0,5 | 0,8 | 0,4 | 5 | 100 |
|
273* |
37 |
3,0 | 4,5 | 6,0 |
9,0 |
- | - | - | 1,3 | 1,1 | 0,9 | 7 | 130 |
| 325* | 62 | - | 7,5 | 10,0 | 14,5 | 19,5 | - | - | 2,1 | 2,9 | 1,3 | 9 | 180 |
| 400 | 111 | - | - | 17 | 26 | 35 | 52 | - | 3,8 | 3,1 | 2,0 | 11 | 250 |
| 600 | 257 | - | - | 40 | 61 | 81 | 121 | - | 8,9 | 5,3 | 4,0 | 17 | 300 |
| 800 | 465 | - | - | 73 | 109 | 146 | 219 | 329 | 16,1 | 7,9 | 6,9 | 23 | 350 |
| 1000 | 747 | - | - | - | 176 | 235 | 352 | 528 | 25,9 | 14,3 | 10,6 | 29 | 520 |
| 1200 | 1083 | - | - | - | - | 340 | 510 | 765 | 37,5 | 17,9 | 16,4 | 35 | 550 |
| Двухходовые | |||||||||||||
|
325* |
56 |
- | 6,5 | 9,0 |
13,0 |
17,5 | - | - | 1,0 | 1,5 | 1,3 | 8 | 180 |
| 400 | 100 | - | - | 16,0 | 24,0 | 31,0 | 47 | - | 1,7 | 2,5 | 2,0 | 10 | 250 |
| 600 | 240 | - | - | 38 | 57 | 75 | 113 | - | 4,2 | 4,5 | 4,0 | 16 | 300 |
| 800 | 442 | - | - | 69 | 104 | 139 | 208 | 312 | 7,7 | 7,0 | 6,5 | 22 | 350 |
| 1000 | 718 | - | - | 169 | 226 | 338 | 507 | 12,4 | 13,0 | 10,6 | 28 | 520 | |
| 1200 | 1048 | - | - | 329 | 494 | 740 | 17,9 | 16,5 | 16,4 | 34 | 550 | ||
| Четырехходовые | |||||||||||||
| 600 | 206 | - | - | 32 | 49 | 65 | 97 | - | 1,8 | 4,5 | 4,0 | 14 | 300 |
| 800 | 404 | - | - | 63 | 95 | 127 | 190 | 285 | 3,0 | 7,0 | 6,5 | 20 | 350 |
| 1000 | 666 | - | - | - | 157 | 209 | 314 | 471 | 5,5 | 13,0 | 10,6 | 26 | 520 |
| 1200 | 986 | - | - | - | - | 310 | 464 | 697 | 8,4 | 16,5 | 16,4 | 32 | 550 |
| Шестиходовые | |||||||||||||
| 600 | 196 | - | - | 31 | 46 | 61 | 91 | - | 1,1 | 4,5 | 3,7 | 14 | 300 |
| 800 | 384 | - | - | 60 | 90 | 121 | 181 | 271 | 2,2 | 7,0 | 7,0 | 20 | 350 |
| 1000 | 642 | - | - | - | 151 | 202 | 302 | 454 | 3,6 | 13,0 | 10,2 | 26 | 520 |
| 1200 | 958 | - | - | - | - | 301 | 451 | 677 | 5,2 | 16,5 | 14,2 | 32 | 550 |
* Наружный диаметр кожуха
nр – число рядов по вертикали для горизонтальных аппаратов – по ГОСТ 15118-79;
h – расстояние между перегородками
Приложение №2
Список используемой литературы
К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии», 10-ое издание, переработанное и дополненное. Под ред. П.Г. Романтшва. Л.: Химия, 1987.-576С.
«Основные процессы и аппараты химической технологии»: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-ое издание, переработанное и дополненное М.: Химия, 1991.-496С.
А.Г. Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии». М.: Химия, 1971.-784С.
Размещено на