Уваров 4
.pdf
Центр дистанционного обучения
Теплообменник
Расчёт кожухотрубного теплообменника
Водный раствор NaOH подают на нагрев в количестве F = 18000 кг/час (5 кг/c) в кожухотрубный теплообменник. Концентрация раствора составляе xF = 5 % (масс.). Начальная температура раствора tн = 20oC, конечная температура раствора составляет tк = 60oC. Давление греющего пара равно рп = 3 ат.
Определить поверхность теплообмена f и подобрать теплообменник, указав его число труб n и число ходов i.
Online-edu.mirea.ru
online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Предварительная схема теплобменника
online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Выразим поверхность теплообмена f из уравнения теплопереноса:
f kQt ,
где Q тепловой поток, подводимый в аппарате, определяется из уравнения теплового баланса по нагреваемому раствору:
Q FcF (t К tН );
здесь сF удельная теплоёмкость раствора, определяется по правилу аддитивности:
сF cNaOH xF cH 2O (1 xF );
online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
где: cNaOH = 1,31 кДж/кг гр, сH2O = 4,19 кДж/кг гр – удельная теплоёмкость чистых щёлочи и растворителя соответственно
[Павлов,…].
сF cNaOH xF cH 2O (1 xF )
1,31 0,05 4,19(1 0,05) 4,05 кДж .
кг гр
Q FcF (t К tН ) 5 4,05(60 20) 810кВт.
Определим движущую силу процесса (температурный напор t), показав предварительно температурный профиль:
online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
t |
tП tН (tП tК ) |
112,9 20 112,9 60 |
|
|||||
|
|
tП tН |
|
ln |
112,9 |
20 |
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
112,9 |
60 |
|
||
|
tП tК |
|
||||||
91,4O C, |
|
|
|
|
|
|
|
|
online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
где температура греющего пара при заданном давлении (рП = 3 ат) tП = 112,9 оС, определяется по таблице «Свойства водяного насыщенного пара» [Павлов,…].
Расчёт коэффициента теплопередачи:
k |
|
|
1 |
|
|
|
, |
|
|
|
|
||||
|
|
ст |
|
||||
|
|
k1/ 3 t1/ 3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
A4 / 3 |
|
ст |
2 |
||
где А – эмпирический комплекс, показывающий интенсивность теплопередачи от конденсирующегося пара к твёрдой поверхности.
online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
А А0 С 4
Н1 ,
здесь: А0 – эмпирический коэффициент, С – поправочный коэффициент
(для вертикального теплообменника С = 0,943; для горизонтального – С = 0,728), Н – высота аппарата.
При давлении пара р ˃ 1 ат определим эмпирический коэффициент А0 по справочной таблице [Павлов,…]:
online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
tП , оС |
100 |
120 |
150 |
180 |
210 |
250 |
|
|
|
|
|
|
|
А 103 |
12,2 |
12,7 |
13 |
13,2 |
13 |
12,3 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Путём графического построения определим А0:
online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
А0
13400
13200
13000
12800 |
А0 |
= 12800 |
|
||
12600 |
|
|
12400
12200
100 |
150 |
200 |
250 |
tП , оС
online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Высота аппарата Н определяется по каталогу исходя из его поверхности теплообмена. Для этого сначала определим ориентировочную поверхность теплообмена, задавшись значением ориентировочного коэффициента теплопередачи.
Примем kор = 1500 Вт/м2 гр. Тогда fор составит:
f |
|
|
Q |
|
|
810 103 |
5,9м2. |
|
ор |
kор t |
1500 91,4 |
||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
Далее, следует по каталогу теплообменных аппаратов подобрать стандартный аппарат, выбрав ближайшее наибольшее значение поверхности теплообмена.
online.mirea.ru