книги / Процессы и аппараты химической технологии. Ч. 1
.pdfОбработка результатов опытов
Часть I
Определениекоэффициента теплоотдачиотводы кстенке:
1.Находят среднюю температуру воды.
2.Вычисляют площадь поперечного сечения трубного пространства Sт (м2) на один ход, по которому движется вода:
Sт |
|
dв 2 |
n, |
(6.23) |
|
4 |
|
|
|
где dв – внутренний диаметр трубы, м; n – число труб на один ход. 3. Определяют эквивалентный диаметр для труб круглого се-
чения:
dэ = dв. |
(6.24) |
4.Находят скорость течения воды Wвод (м/с).
5.По табл. 6.2, в которой приведены физические свойства воды при атмосферном давлении, определяют динамическую вяз-
кость и плотность воды при ее средней температуре.
6.По уравнению (6.9) вычисляют критерий Рейнольдса.
7.По соответствующему уравнению находят критерий Нуссельта в следующем порядке:
задаются температурой стенки (по согласованию с преподавателем);
в зависимости от режима движения воды по табл. 6.2 находят коэффициент объемного расширения воды (1/К) при ее средней температуре;
по уравнению (6.10) определяют критерий Грасгофа;
по табл. 6.3 определяют коэффициент l при соответствующем отношении длины трубы к ее внутреннему диаметру l/dв;
по табл. 6.2 находят два критерия Прандтля для воды: при средней температуре воды и при температуре стенки;
вычисляют критерий Нуссельта.
71
|
Динами- |
Темпе- |
ческая |
ратура, |
вязкость |
°C |
103, |
|
Па с |
4 |
1,790 |
10 |
1,310 |
20 |
1,010 |
30 |
0,810 |
40 |
0,660 |
50 |
0,560 |
60 |
0,470 |
70 |
0,410 |
Таблица 6 . 2
|
Тепло- |
Коэффици- |
|
Коэффици- |
||
Плот- |
емкость |
Критерий |
ент объем- |
|||
ность , |
С |
вод |
, |
ент тепло- |
ного рас- |
|
|
|
проводности |
Прандтля |
|||
кг/м3 |
кДж |
ширения |
||||
|
кг К |
, Вт/(м К) |
|
105, 1/К |
||
1000 |
4,210 |
0,552 |
13,700 |
0,500 |
||
1000 |
4,190 |
0,575 |
9,520 |
9 |
||
998 |
4,190 |
0,600 |
7,020 |
21 |
||
996 |
4,180 |
0,618 |
5,420 |
30 |
||
992 |
4,180 |
0,634 |
4,310 |
39 |
||
988 |
4,180 |
0,648 |
3,540 |
46 |
||
983 |
4,180 |
0,659 |
2,980 |
51,100 |
||
978 |
4,190 |
0,668 |
2,550 |
57 |
Таблица 6 . 3
Re |
|
|
Коэффициент l при l/dв |
|
|||
|
10 |
20 |
|
30 |
40 |
50 и более |
|
|
|
|
|||||
До10000 |
|
1,28 |
1,13 |
|
1,07 |
1,03 |
1 |
10000 |
|
1,23 |
1,13 |
|
1,07 |
1,03 |
1 |
20000 |
|
1,18 |
1,10 |
|
1,05 |
1,02 |
1 |
50000 |
|
1,13 |
1,08 |
|
1,04 |
1,02 |
1 |
100000 |
|
1,10 |
1,06 |
|
1,03 |
1,02 |
1 |
8. Определяют коэффициент теплоотдачи от воды к стенке |
|||||||
(Вт/(м2 К)): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вод |
Nu . |
|
(6.25) |
|
|
|
|
|
|
dэ |
|
|
Значение коэффициента теплопроводности воды находят по табл. 6.2 при средней температуре воды.
Определение коэффициента теплоотдачи от стенки
квоздуху:
1.Находят среднюю температуру воздуха.
2.Определяют площадь сечения межтрубного пространства Sм(м2), по которому движется воздух:
72
Sм |
D2 |
nоб dн2 |
, |
(6.26) |
|
4 |
|
|
|
где D – внутренний диаметр кожуха, м; |
nоб |
– общее число труб; |
dн – наружный диаметр труб, м.
3. Вычисляютрасходвоздухапри средней температуре (м3/ч):
V V0 tср , (6.27)
т |
(273 |
t) |
|
где tср – средняя температура воздуха, К; V0 – расход воздуха (при комнатной температуре t), м3/ч.
4.Находят скорость движения воздуха Wвозд (м/с).
5.Рассчитывают плотность воздуха при его средней температуре (кг/м3):
т |
0 273 |
, |
(6.28) |
|
|||
|
tср |
|
где 0 – плотность воздуха при нормальных условиях, 0 = 1,29 кг/м3. 6. По табл. 6.4, в которой приведены физические свойства воздуха при атмосферном давлении, определяют динамическую
вязкость воздуха при его средней температуре.
Таблица 6 . 4
|
Динамическая |
Коэффициент |
Теплоемкость |
||
Температура, °С |
вязкость |
теплопроводности |
|||
3 |
|
||||
|
106, Па с |
, Вт/(м К) |
Свозд, Дж/(м |
К) |
|
0 |
17 |
0,0244 |
1287 |
|
|
50 |
19 |
0,0280 |
1300 |
|
|
100 |
21,5 |
0,0326 |
1310 |
|
|
150 |
24 |
0,0361 |
1323 |
|
|
200 |
26 |
0,0396 |
1335 |
|
7.Вычисляют по уравнению (6.9) критерий Рейнольдса, характеризующий режим течения газа.
8.По соответствующему критериальному уравнению находят критерий Нуссельта.
73
9. Определяют коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху
(Вт/(м2 К)):
возд |
Nu . |
(6.29) |
|
dэ |
|
Здесь эквивалентный диаметр определяют по формуле
dэ |
D2 |
n |
d 2 |
(6.30) |
|
|
об |
н |
. |
||
D |
nоб |
|
|||
|
dн |
|
Значение коэффициента теплопроводности воздуха находят по табл. 6.4 при средней температуре воздуха.
Определениетеоретическогокоэффициента теплопередачи:
1. Kтеор рассчитывают по уравнению (6.21). Со стороны воз-
духа |
1 |
2800 |
|
Вт |
. Со стороны дистиллированной воды |
||||
|
r |
м2 К |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
загр |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2900 |
Вт |
|
. Коэффициент теплопроводности стенки |
|||
|
r |
м2 К |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
загр |
|
|
|
|
|
|
|
ст = 384 Вт/(м К).
2. По уравнению (6.22) проверяют принятое значение tст, при необходимости выполняют повторный расчет.
Определение опытного коэффициента теплопередачи:
1.По табл. 6.2 находят теплоемкость воды Свод (кДж/(кг К)) при ее средней температуре.
2.Вычисляют тепловой поток (Вт) по формуле
|
|
Q Lвод Свод Тн Тк , |
|
(6.31) |
||
где С |
вод |
– теплоемкость воды при средней температуре, |
кДж |
; Т |
н |
– |
|
|
кг К |
|
|
начальная температура воды, °С; Тк – конечная температура воды, °С;
Lвод – массовыйрасходводыприсреднейтемпературе, кгс ,
74
Lвод Vж вод, |
(6.32) |
где Vж – объемный расход воды, |
м3 |
; |
|
– плотность воды при |
|
с |
вод |
||||
|
|
|
средней температуре, мкг3 .
3.Составляют схему распределения температур и находят среднюю разность температур.
4.Определяют поверхность теплообмена (м2):
F dср l n z, |
(6.33) |
где dср – средний диаметр трубы, м; l – длина труб, м; n – число труб в одном ходе; z – число ходов.
5.По уравнению (6.12) находят опытное значение коэффи-
циента теплопередачи Kоп и сравнивают его с теоретическим значением.
6.Расчетные результаты заносят в табл. 6.5.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 . 5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Воздух |
|
|
Вода |
|
Kтеор |
Q |
tср |
Kоп |
Процент |
||
Wвозд |
Re |
Nu |
возд |
Wвод |
Re |
Nu |
вод |
ошибки |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Часть II
Вариант А
1. По результатам опытов варианта А рассчитывают коэффициенты теплоотдачи вод и возд по формулам (6.25) и (6.29) и ко-
эффициент теплопередачи K по формуле (6.21).
2.Находят скорость течения воды Wвод.
3.Строят графики зависимостей вод и K от скорости движе-
ния горячего теплоносителя Wвод .
4. Расчетные результаты заносят в табл. 6.6.
75
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
6 . 6 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
Вода |
|
Воздух |
|
tср |
K |
Q |
||||
опыта |
Wвод |
Re |
Nu |
вод |
Wвозд |
Re |
Nu |
возд |
||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант Б
1. По результатам опытов варианта Б рассчитывают коэффициенты теплоотдачи вод и возд по формулам (6.25) и (6.29), ко-
эффициент теплопередачи K по формуле (6.21).
2.Находят скорость движения воздуха Wвозд.
3.Строят графики зависимостей возд и K от скорости движе-
ния воздуха Wвозд .
4. Расчетные результаты заносят в табл. 6.7.
Таблица 6 . 7
Номер |
|
Воздух |
|
|
Вода |
|
tср |
K |
Q |
|||
опыта |
Wвозд |
Re |
Nu |
возд |
Wвод |
Re |
Nu |
вод |
||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отчет включает в себя цели работы; схему лабораторной установки; расчеты определяемых величин, графики зависимостей αвод и
K от Wвод или αвозд и K от Wвозд, табл. 6.1, 6.5, а также табл. 6.6 или 6.7, анализ полученных результатов.
Контрольные вопросы
1.Порядок выполнения работы.
2.Способы передачи тепла. Теплоотдача и теплопередача.
3.Тепловой баланс.
4.Уравнения Фурье и Ньютона, основное уравнение теплопередачи.
5.Физический смысл и размерности коэффициентов , , K. Ориентировочные значения коэффициентов и . Влияние коэффициентов теплоотдачи на коэффициент теплопередачи.
76
6.Основные и производные критерии тепловых процессов, обобщенное критериальное уравнение.
7.Вид критериальных зависимостей для различных случаев теплоотдачи.
8.Средняя движущая сила тепловых процессов, ее определение при прямотоке, противотоке, смешанном токе, выбор взаимного движения теплоносителя.
9.Порядок проектного и поверочного расчета теплообменных аппаратов.
10.Основные теплоносители и хладоагенты. Требования, предъявляемые к теплоносителям.
11.Способы нагревания и охлаждения.
12.Конструкции теплообменников (применение, сравнение, особенности, преимущества, недостатки).
13.Компенсация температурных удлинений, способы закрепления и размещения труб в трубных решетках.
77
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов / А.Г. Касаткин. – 12-е изд., стер.,
дораб. – М.: Альянс, 2014. – 750 с.
2.Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов: в 2 ч. / Ю.И. Дытнерский. – М.: Хи-
мия, 2003.
3.Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / под ред. Ю.И. Дытнерского. – М.:
Альянс, 2007. – 493 с.
4.Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; под ред. П.Г. Романкова. – 13-е изд., стер. – М.: Альянс, 2006. – 575 с.
5.Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: учебник для вузов / А.Н. Плановский, П.И. Николаев. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Химия, 1987. – 496 с.
6.Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химикотехнологического и природоохранного оборудования: справочник:
в3 т. / А.С. Тимонин. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2002.
78
Учебное издание
Ложкин Игорь Галактионович, Загидуллин Сафар Хабибуллович, Беляев Владимир Михайлович, Долганов Владислав Леонидович
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Лабораторный практикум
Часть 1
Редактор и корректор Е.В. Копытина
Подписано в печать 16.03.2017. Формат 60 90/16. Усл. печ. л. 5,0. Тираж 55 экз. Заказ № 39/2017.
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета.
Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.
Тел.: + 7 (342) 219-80-33.
79