- •5.Тепловой и компоновочный расчёты спирального теплообменника
- •2. Тепловой расчет спирального теплообменника. Основные размеры канала спирального теплообменника и скорости движения теплоносителей.
- •2.2. Определим коэффициент теплопередачи.
- •2.2.1. Гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола
- •Приближение №1.
- •Приближение №2.
- •3.1. Геометрический и компоновочный расчет матрицы спирального теплообменника.
- •3.1.2. Определим количество витков внутренней спирали - n1
- •4.Эскизный проект рассчитанного спирального теплообменника
- •4. Основы инженерных тепловых и компоновочных расчётов теплообменных аппаратов
- •4.1 Основные понятия и определения процессов переноса теплоты.
- •4.2. Основные положения теплопроводности; гипотеза Фурье.
- •4.3. Основные положения конвективной теплоотдачи.
- •4.3.1. Закон Ньютона - Рихмана.
- •4.3.2. Теория подобия
- •4.3.2.1. Основные положения теории подобия.
- •4.3.2.2. Пример использования теории подобия.
- •4.4. Основные положения теплового и компоновочного расчётов теплообменных аппаратов.
- •4.4.1. Основные понятия и определения, формулировка задачи.
- •4.4.2. Уравнение теплового баланса
- •4.4.3. Уравнение теплопередачи
- •1.Введение
- •2.Исходные данные
- •3.Описание спирального теплообменника
- •3.1Устройство и принцип работы.
- •3.2.Возможные конфигурации потоков
- •3.3.Технические характеристики спиральных теплообменников:
- •Обслуживание и чистка
- •3.4.Экономичность спиральных теплообменников:
- •3.5.Сферы применения спиральных теплообменников:
- •3.6.Задачи, решаемые помощью спиральных теплообменников:
- •3.7.Рабочие среды спиральных теплообменников:
- •3.8.Основные технические характеристики
- •Содержание
- •Курсовая работа
- •6.Список используемой литературы и электронных ресурсов
5.Тепловой и компоновочный расчёты спирального теплообменника
Задание. Произвести тепловой и компоновочный расчеты спирального теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола с расходом Gб=1180 кг/час при атмосферном давлении.
Жидкий бензол отводится при температуре конденсации насыщенных паров. Охлаждающий агент - вода с начальной температурой –tв1=270С и конечной –tв11=370C. Термическое сопротивление поверхности теплообмена со стороны бензола – 0,0001 м2час*К/ккал, а со стороны воды - 0,0007 м2*час*К/ккал. Температура кипения бензола при атмосферном давлении tк=80,10С, а скрытая теплота парообразования бензола – r=94,5 ккал/кг.
Решение.
1. Определяем основные параметры спирального теплообменника.
Больший температурный напор ∆tб = tк - tв1 = 80,1-27 = 53,10С
Меньший температурный напор ∆tм = tк - tв11 = 80,1-37 = 43,10С
Среднелогарифмический напор
∆t=(∆tб-∆tм)/ℓn(∆tб/∆tм) = (53,1-43,1)/ℓп(53,1/43,1)=47,90С
Средняя температура охлаждающей воды
tв = tк - ∆t=80,1 - 47,9 = 32,20С
Тепловая нагрузка (теплопроизводительность)
Q=Gбr
=1180*94,5=111510ккал/час=111510*427*9,81/3600 = 129750 Вт ≈ 130 кВт
Здесь:
r = 94,5 ккал/кг - скрытая теплота парообразования бензола при атмосферном давлении;
Gб = 1180 кг/час – массовый расход бензола (задано).
Массовый расход охлаждающей воды
Gв =Q/cр(tв11-tв1) =111510/(1*(37-27)) = 11151 кг/час.
Здесь ср= 1ккал/кг*К – теплоёмкость воды при средней температуре tв=32,20С.
2. Тепловой расчет спирального теплообменника. Основные размеры канала спирального теплообменника и скорости движения теплоносителей.
2.1. Площадь поперечного сечения канала спирального теплообменника определяем по параметрам движения охлаждающей воды.
Принимаем скорость движения воды W ≈ 0,56 м/c. Тогда ориентировочная площадь поперечного сечения канала
S=Gв/(ρ*w*3600)= 11151/(1000*0,56*3600) = 0,00553 м2,
где ρ = 1000 кг/м3 – плотность воды
Примечание: при значении массового расхода воды, превышающем 10000кг/час, принимать скорость движения воды по зависимости
W ≈ 0,5 + (Gв - 10000)*0,5/10000,
а затем определять площадь поперечного сечения канала.
Принимая высоту канала равной в=10мм, получим ширину спирали
В=S/в=0,00553/0,01 = 0,553 м= 553 мм
С учетом конструктивных особенностей организации уплотнения каналов с торцов (рис.5 и рис.6, Приложение), принимаем ширину канала равной
Вк=0,5=500 мм.
Тогда, скорость охлаждающей воды равна
Wв=Gв/(3600*ρв*Вк*в)=11151/(3600*1000*0,5*0,01) = 0,619м/c
Для бензола принимаем такое же сечение канала Sб = S
Скорость движения бензола в каналах теплообменника
Wб=Gб/(3600*ρб*Вк*в) = 1180/3600*825*0,5*0,01=0,079м/c
Здесь ρб = 825 кг/м3 плотность жидкого бензола на линии насыщения [2].
2.2. Определим коэффициент теплопередачи.
2.2.1. Гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола
d=4S/Р=4*Вк*в/(2(Вк+в))=4*0,5*0,01/(2*0,51) = 0,0196м=19,6 м
Здесь S и Р – площадь поперечного сечения канала и его периметр соответственно.
2.2.2. Коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола определяют по зависимости [1].
альфаб=А/4√d*∆tб
где d-гидравлический диаметр канала;
∆tб – температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала со стороны бензола;
А – коэффициент, зависящий от физических свойств конденсирующегося бензола и от скрытой теплоты его парообразования. Зависимость для определения коэффициента А приведена далее.
Дальнейший расчёт проводим последовательными приближениями, задаваясь в каждом новом приближении температурой стенки канала со стороны бензола. Каждое приближение заканчиваем сравнением заданного и полученного значений температуры стенки канала со стороны бензола.