всякое / taranova то и расчет

-Исходя из принятого допустимого сопротивления теплообменника ∆рдоп=1,3·105 Па, найдем количество пакетов для смеси и воды, используя

(2.64):

3. Произведем уточненный тепловой расчет.

- Найдем скорость смеси и воды в каналах теплообменника по (2.66):

ωс = 360,00380,00112 = 0,19 м/с

ωв = 350,00260,00114 = 0,33 м/с.

-Значения критериев Re соответственно для смеси и воды по (2.67) составят:

Nuв= 0,135 2943,670,73 6,690,43 =104,12

-Значения коэффициентов теплоотдачи по (1.8) составят соответственно для смеси и воды:

αс = 100,66 0,1252 =1575,3Вт/(м2 К) 0,008

151

αв = 104,12 0,615 = 8004,5Вт/(м2 К) 0,008

-Рассчитаем коэффициент теплопередачи равен по общей формуле

(1.20):

где термические сопротивления загрязнений (см.табл. IV.5 приложения) составят: rс=0,00082 (м2·К)/Вт (со стороны смеси) и rв=0,00023 (м2·К)/Вт (со стороны воды);

толщина пластины равна δ=0,001 м;

теплопроводность материала пластины примем по табл.III.4 в приложении - λст=54 Вт/(м2·К), принимая в качестве материала пластины конструкционная сталь .

-Найдем уточненную поверхность теплообмена, использую формулу

(1.28):

теплообмена F=20 м2 обеспечит охлаждение смеси толуол-гептан до заданной температуры с запасом ∆=(20-15,04)/15,04=0,32 или 32 %

4. Гидравлический расчет.

Гидравлический расчет сопротивлений теплообменника по потокам исходной смеси и воды проводится с целью проверки достаточности располагаемого давления ∆рдоп=1,3·105 Па.

- Для расчета гидравлических сопротивлений теплообменника по потоку любого теплоносителя по (2.71) найдем приведенный коэффициент сопротивления (λ тр), учитывая турбулентные режимы течения в каналах смеси и воды, в соответствие с (2.73), принимая значения коэффициента В по табл.2.7 для выбранного типа пластины; в итоге получим:

λтрс = Re0В,25 = 2858,5219,3 0.25 = 2,64Вт/(м2 К)

λтрв = 2943,6719,3 0,25 = 2,62Вт/(м2 К)

152

-Рассчитаем скорость в штуцерах на входе и на выходе смеси и воды соответственно по (2.70), принимая диаметр присоединительного штуцера для выбранного аппарата по табл. 2.6; в итоге получим:

Учитывая, что скорость в штуцерах меньше 2,5 м/с, сопротивления, возникающие в них, можно не учитывать при расчете общих гидравлических сопротивлений теплообменника.

-Найдем гидравлические сопротивления по потокам смеси и воды соответственно, используя (2.71):

где lк=1,12 м – приведенная длина канала; dэ=0,008 м – эквивалентный диаметр канала (см. табл.2.6);

ωс=0,19 м/с; ωв=0,33 м/с – скорость смеси и воды в каналах; ρс=676,27 кг/м3 ; ρв =996,5 кг/м3 – плотность смеси и воды; zс=2; zв =4– количество пакетов по потоку смеси и воды.

Гидравлические сопротивления, как показали расчеты, меньше допустимых значений, следовательно, располагаемого давления достаточно для преодоления сопротивления по потоку теплоносителей.

Таким образом, по итогам расчетов принимаем пластинчатый теплообменник со следующими характеристиками: принимаем теплообменник со следующими параметрами: площадь поверхности теплообмена F=20 м2; площадь пластины fпл=0,3 м2; количество пластин

n=70; эквивалентный диаметр канала dэ=0,008 м; площадь сечения канала fк=0,0011 м2.

5. Для выбранного аппарата проводят механический расчет согласно п.2.3.3.

153

5.4. Пример расчета спирального теплообменника

Пример: Рассчитать холодильник спирального типа для охлаждения смеси бензола и толуола при следующих исходных данных: содержание низкокипящего компонента (НКК)– 95% масс; количество смеси 10200 кг/час. Среднее давление в аппарате 0,18 МПа (1350 мм.рт.ст.). Хладагент

– вода. Температура смеси начальная - 32°С и конечная - 20°С, температуру воды принять.

Расчет проведем по методике, изложенной в п.2.4.

Тепловой расчёт аппарата

1. Найдем среднюю температуру среды и её теплофизические свойства при этой температуре.

Средняя температура среды определяется по формуле (1.23):

где t1 и t2 – начальная и конечная температуры рабочей среды.

Свойства рабочей среды при средней температуре найдем по табл. I.1 - I.4 в приложении с учетом состава смеси:

теплоёмкость: Ср = 1700,2 Дж/кг·К

теплопроводность: λр=14,41·10-2 Вт/м·К

вязкость: µр=0,579·10-3 Па·с

плотность: ρр=872,2 кг/м3.

Критерий Прандтля для рабочей среды определяем по формуле (2.6):

2. Произведем выбор хладагента и найдем его теплофизические свойства при средней температуре.

Выбираем в качестве нагревающего агента воду имеющую начальную температуру θ1=15°С; конечную температуру θ2=20°С.

Средняя температура теплоносителя по формуле (1.23):

θср = θ1 +2θ2 = 15 +2 20 =17,5°С ;

Свойства воды при средней температуре следующие (см. табл. II.1): теплоёмкость: Св=4190 Дж/кг·К теплопроводность: λв=0,593 Вт/м·К

вязкость: µв=1077,5·10-6 Па·с

154

плотность: ρв=998,5 кг/м3.

Критерий Прандтля для воды по формуле (2.6) составит:

3. Проведем предварительный тепловой расчёт.

Объёмный расход рабочей среды находим, используя формулу

(2.59):

Находим тепловой поток в аппарате по формуле (1.26):

Q = Gр C р (t2 −t1 )= 102003600 1700,2 (32 − 20)= 57807 Вт;

Массовый и объемный расход воды, необходимый для охлаждения рабочей среды определяем с использованием формул (2.60):

Найдём среднюю разность температур между теплоносителем и рабочей средой (средний температурный напор) по формуле (1.25):

∆tср = 12 12−5 =8°С; ln 5

Принимаем предварительно значение коэффициента теплопередачи, учитывая, что эффективность спиральных теплообменников достаточно

высока; примем Kор=300 Вт/(м2·К).

Определяем ориентировочную поверхность теплообмена по формуле

(1.28):

Fор = Ксрθ∆tср = 57807300 8 = 24,1м2 .

155

Принимаем предварительно по табл. 2.7 теплообменник со следующими параметрами:

Поверхность теплообмена F=25 м2; Ширина канала b=8 мм;

Ширина ленты Lл=500 мм; Длина канала L=25 м.

4. Проведем уточнённый тепловой расчёт.

Скорость рабочей среды в канале теплообменника по формуле (1.13) составит:

ωр = bVLр л = 00,008,003250,5 = 0,813 м3 / с;

Скорость воды в канале теплообменника находим по формуле (2.78):

ωв = bVLв л = 00,008,002760,5 = 0,69 м3 / с;

Значение критериев Re для рабочей среды и воды по формулам (2.67) соответственно составят:

где dэ=2·b=0,016 – эквивалентный диаметр канала;

Значения критериев Nu для рабочей среды и воды находим по формулам (2.79):

Nuр = 0,024 Re0р,8 Prр0,43 = 0,024 195950,8 6,830,43 =148,8;

Nuв = 0,024 Re0в,8 Prв0,43 = 0,024 102310,8 7,610,43 = 92,7 ;

Значения коэффициентов теплоотдачи для рабочей среды и воды определяем по формуле вида (1.8):

156

Общий коэффициент теплопередачи вычисляем по формуле (1.20), предварительно определив термические сопротивления загрязнений (см. табл. IV.5 в приложении) толщину листа и теплопроводность материала (см. табл. III.4); в итоге получим:

Тогда необходимая площадь теплообмена по (1.28) составит:

F = К Q∆tср = 57807348 8 = 20,76 м2 ;

Следовательно, выбранный ранее теплообменник, имеющий площадь поверхности теплопередачи F=25 м2, ширину канала b=8 мм, ширину ленты lл=500 мм и длину канала L=25 м, обеспечит требуемое охлаждение.

Гидравлический расчёт аппарата

Гидравлические сопротивления в спиральных теплообменниках обусловлены сопротивлением трения и местными сопротивлениями. Общее сопротивление ( ∆P , Па) при движении потоков рабочей среды и теплоносителя определяются по общей формуле (2.80):

∆P = ∆P1 + ∆Pтр + ∆P2

Составляющие местныхсопротивлений навходеинавыходепотока - ∆Р1 и ∆Р2 находятпообщей формуле(1.16), предварительно определив скорости потоковв штуцерах;диаметрприсоединительногоштуцерапримем0,065м.

Для расчёта сопротивления теплообменника по потоку смеси найдём скорость рабочей среды в штуцерах по формуле (2.13):

Тогда при коэффициентах местных сопротивлений ζ1 = 1,5 и ζ2 = 2 (см. п.2.4.2) сумму потерь давлений при входе и выходе смеси из теплообменника определяем с учетом формулы (1.16):

157

Коэффициент трения в прямолинейном канале при значении Reр = 19595 (турбулентный режим) по формуле (2.17) составит:

В этом случае коэффициент трения в спиральном канале по формуле (2.82) составит:

λтрСП =1,15 0,024 = 0,0276

При длине спирального канала L = 25 м потеря давления смеси на гидравлическое трение по формуле (2.81) с учетом скорости потока в спиральных каналах (см. п.4 расчета) составит:

Общее сопротивление теплообменника по потоку смеси по формуле (2.80) составит:

∆Pр =1465,91+12430,72 =13896,6 Па

Учитывая производительность аппарата (10200кг/час=11,69 м3/час) для подачи рабочей среды в теплообменник выберем насос марки 2АХ-6 с диаметром колеса Dк=100 мм. Из номограммы (рис. 4.2. приложения [13]) для этого насоса имеем: производительность 15 м3/ч, напор 13м. Давление, создаваемое насосом, составит:

∆pН = ρ g H = 872,2 9,8 13 =111118,28 Па.

Следовательно, общее сопротивление по потоку рабочей смеси ( ∆Pр )

значительно меньше значений ∆pН . Значит, давления, создаваемого насосом, достаточно для преодоления возникающих при движении потока гидравлических сопротивлений.

Для расчёта сопротивления теплообменника потоку воды найдём её скорость в штуцерах (при диаметре штуцера 0,065 м) по формуле (2.13):

158

Тогда при коэффициентах местных сопротивлений ζ1 = 1,5 и ζ2 = 2 сумму потерь давлений при входе и выходе воды из теплообменника определяем учетом (1.16):

В этом случае коэффициент трения в спиральном канале по (2.82) равен:

λтрСП =1,15 0,0248 = 0,0285

При длине спирального канала L = 25м потеря давления воды на гидравлическое трение с учетом ее скорости в каналах (см.п.4) по формуле (2.81) составит:

Общее сопротивление теплообменника по потоку воды находим по формуле (2.80):

∆Pв =1203,8 +10659 =11862,8Па

Примем давление в водопроводной сети 0,15 МПа. Тогда общее сопротивление значительно меньше давления, создаваемого насосом в водопроводной сети.

Механический расчет выбранного аппарата проводят по п.2.4.3.

159

5.5. Примеры расчета аппаратов воздушного охлаждения

5.5.1. Пример расчета АВО для охлаждения

Пример 1. Рассчитать и подобрать стандартный аппарат воздушного охлаждения для охлаждения 26300 кг/ч октан при абсолютном давлении рабочей среды p=0,28 МПа. Начальная температура рабочей среды t1 =120 0 C , конечная температура рабочей среды t2 =55 0 C .

Коэффициент оребрения Кор =9. Аппарат устанавливается в г.Уфа.

Расчет проведем по п. 2.5.

1. Определяем среднюю температуру рабочей среды и ее свойства

где: t1 - начальная температура рабочей сред, t2 - конечная температура рабочей среды

Теплофизические свойства конденсата при средней температуре tcp p =83.30 C будут следующие (см. приложение I, табл. I.1 – табл. I.4):

- плотность p p = 650,03кг/ м3 ; - вязкость µp = 2,834 10−4 Па с;

- удельная теплоемкость C p =1883,2 Дж/(кг К);

-теплопроводность λp = 0,155Вт/(м К);

2.Принимаем температуру воздух на входе и на выходе из аппарата tí и tê .

Согласно данным табл. II.3 (в приложение) средняя июльская

температура в г.Уфа tí =19,4+2,6=22 0 C , а температуру воздуха на выходе из аппарата tê =60 0 C .

Примем схему распределения температуры между теплоносителями и в зоне охлаждения. При теплообмене жидкости в аппаратах воздушного охлаждения общее направление можно считать соответствующим направлению, изображенному на рис. IV.4, поэтому средняя разность температур рассчитывается с учетом поправки ε1 :

∆tcp' = ∆tcp ε1

Примем температурную схему и найдем средний температурный

напор:

160