Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа

Так как в заданном нам процессе не происходит изменение агрегатного состояние ни вещества теплоносителя, ни вещества хладагента, то тепловая нагрузка находится по формуле

6.                 Рассчитаем массовый и объемный расход хладагента:

Исходя из теплового баланса и ранее найденной тепловой нагрузки на аппарат, получим:

7.                 Рассчитаем среднюю скорость хладагента:

8.                 Рассчитаем критерий Рейнольдса и режим движения каждого потока:

 - развитое турбулентное движение

 - развитое турбулентное движение

9.                 Рассчитаем ориентировочные коэффициенты теплоотдачи для каждого потока.

Коэффициент теплоотдачи находится по формуле . Для расчета необходимо подобрать критериальное уравнение расчета критерия Нуссельта.

Так как горячий поток движется турбулентно в прямых трубах, то критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта будет выглядеть так:

, где для охлаждающихся жидкостей при допустимой погрешности,  - коэффициент зависящий от геометрии аппарата и режима движения потока берется их таблицы 2,  - критерий Прандтля.

Таблица 2


Значение Re

Отношение L/d

10

20

30

40

50 и более

10000

1,23

1,13

1,07

1,03

1

20000

1,18

1,1

1,05

1,02

1

50000

1,13

1,08

1,04

1,02

1

100000

1,1

1,06

1,03

1,02

1

1000000

1,05

1,03

1,02

1,01

1


Коэффициент Прандтля находится по формуле:

Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:

Так как холодный поток поперечно обтекает пучок гладких труб при их шахматном расположении, при турбулентном режиме движения жидкости, то критериальное уравнение для нахождения критерия Нуссельта имеет вид:

, где  - критерий Прандтля, для нагревающихся жидкостей при допустимой погрешности, - коэффициент учитывающий влияние угла атаки φ находится по таблице 3.

Таблица 3


φ

90

80

70

60

50

40

30

20

10

1

1

0,98

0,94

0,88

0,78

0,67

0,52

0,42


Коэффициент Прандтля находится по формуле:

Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:

10.            Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений стенки

, где  - коэффициент теплопроводности стенки теплообменника

11.            Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи с учета загрязнений стенки

Найдем термическое сопротивление стенки и загрязнений:

Ориентировочный коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения стенки:

12.            Рассчитаем температуру стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.


Определим ориентировочно значения  и , исходя из того что

, где сумма

Найдем:

Проверка суммы :

Исходя из этого, получим

Введем поправку к коэффициенты теплоотдачи, определив .

Критерий Прандтля для октана при

, где  - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 4.

Таблица 4


Св-ва потока (1) при t'ст1

Сст1, Дж/кгК

μст1, Пас

λст1, Вт/мК

2105,35684

0,00036

0,14824


Критерий Прандтля для воды при

, где  - найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 5.

Таблица 5


Св-ва потока (2) при t'ст2

Сст2, Дж/кгК

μст2, Пас

λст2, Вт/мК

4180

0,0007

0,6328


Коэффициенты теплоотдачи:

для октана

для воды

Исправленные значения К, q, tст1, tст2

Дальнейшее уточнение α1, α2 и других величин не требуется так как расхождение между α1,  и α2,  и других не превышает 5%.

13.            Рассчитаем необходимую площадь поверхности теплообмена

С запасом в 10%

14.            Подберем диаметры штуцеров для ввода и вывода потоков, исходя из допустимых скоростей их движения.

. Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для горячего потока

. Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для холодного потока , так как расчетное значение больше чем стандартное изделие, то необходимо увеличить количество штуцеров для холодного потока.

15.            Рассчитаем гидравлическое сопротивление трубного и межтрубного пространств.

Гидравлическое сопротивление в трубном и межтрубном пространстве складывается потерь на трение и местных сопротивлений.

, где  - формула Блазиуса, для турбулентного движения в гладких трубах, - сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», где таких местных сопротивлений n штук (n – количество трубок). Исходя из этого . Тогда гидравлическое сопротивление:

Гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве:

, где  - сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», «внезапное расширение», «внезапное сужение», «поворот потока». Исходя из этого . Тогда гидравлическое сопротивление:

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.


Необходимый процесс охлаждения провести в заданном нам аппарате не возможно, так как площадь поверхности теплообмена у заданного аппарата много меньше необходимой (). Чтобы проводить заданный процесс необходимо либо изменить конструкцию аппарата (увеличить количество ходов, «оребрить» трубки), что несомненно приведет к большим денежным затратам и сложностью обслуживания самого аппарата, либо последовательно выстроить 4 таких аппарата, что в существенной мере сократит расходы на обслуживание, но монтаж такой системы и ее «большие площади» приведут к росту постоянных затрат.

БИБЛИОГРАФИЯ.


1.      Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. – 12-е изд., стереотипное. Перепеч. с изд. 1987 г. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. – 575 с.

2.      Измайлов В.Д., Филлипов В.В. Справочное пособие для расчетов по процессам и аппаратам химической технологии. Самара, СамГТУ, 2006, 43 с.

3.      Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. – 11-е изд., стереотипное доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005 – 753 с.


Страницы: 1, 2



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать