книги из ГПНТБ / Болдырев Ю.Н. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов целлюлозно-бумажного, лесохимического и гидролизного производств учеб. пособие для целлюлоз.-бумаж. техникумов

сотой 1 м при удельной тепловой нагрузке а = 5-104

вт/м2. Темпера­

тура пара 7"= 120°С.

Задача 19. Определить коэффициент теплоотдачи при кипении

аммиака, если удельная

тепловая

нагрузка

равна

9 = 15000

вт/м2.

Температура кипения аммиака tmm

=—10° С, которой соответствуют

следующие параметры: плотность

пара

р п = 2,390 кг/м3;

плотность

жидкости р = 6 5 2 кг/м3;

плотность пара

при атмосферном

давлении

ро=0,865 кг/м3;

теплопроводность

жидкости

Я = 0,56 вт/м-град;

по­

верхностное натяжение

0 = 28,6> Ю - 3 н/м;

критерий Рг

жидкости

Рг=1,38; теплота испарения г= 1,3-106

дж/кг.

Задача 20.

Воздух охлаждается от начальной температуры

Гі =

= 300° С до конечной 7 ,

2 =40°С в насадочном скруббере с насадкой

садки f=87,7 мг/м3,

свободный

объем Б =0,65. Массовые

скорости

воздуха Wr = l кг/м2-сек,

воды

W>K = 3,3 кг/м2-сек.

Вода

в скруб­

бере нагревается от ^ = 3 0 ° С до 4 = 6 0 ° С. Определить

коэффициент

теплоотдачи в скруббере.

Задача 21. Определить

поверхность конденсатора

для

конден­

сации водяного пара

при давлении 0,157 бар (0,16 кгс/см2),

посту­

личестве

G = 0 , l

кг/сек. Конденсат охлаждается до 7*2=40°С.

На­

чальная

температура охлаждающей воды

^ = 20° С, конечная fa =

=45° С. Теплоемкость пара принять равной

1970 дж/кг - град.

Коэффициенты теплопередачи по зонам: £i = 60 вт/м2 - град; fc> =

= 900 вт/м2-град;

&з = 300 вт/м2•

град.

Задача 22. Определить температурные напоры

по зонам в кон­

денсаторе, в котором конденсируется G=2300 кг/ч

фреона Ф-22 при

давлении

12 бар

(12,26 кгс/см2).

Температура перегрева пара

Т\ =

=

60° С, которой соответствует энтальпия

/і = 657103 дж/кг. Темпе­

ратура насыщения Г Н = 3 0 ° С , энтальпия

насыщенного пара

/ и =

=

636-103 дою/кг; теплота испарения фреона г = 177• 103

дж/кг.

ная ^ = 26° С.

Задача 23. Определить поверхность теплообмена,

необходимую

для охлаждения 6 = 1000 кг кислоты

от начальной

температуры

Т\ = 100° С до конечной 72=40° С.

Теплоемкость

кислоты с =

потери тепла из-за их малости.

Тепловую нагрузку при нагревании определяют

по

уравнению

(7-4), а расход нагревающего агента — по формуле

С {ТІ-T3)

с {Ті-Tt)

'

К ' '

Если нагревающим агентом является насыщенный пар, то

G=

8сУ*-*й

(8-2)

где

Qrop — количество тепла,

отданного

горячим

теплоносите­

лем, вт;

G

и g— количество горячего и холодного теплоносителей, со­

ответственно, кг/сек;

С

и

с — удельная теплоемкость горячего и холодного

тепло­

ТІ

носителей, соответственно, дж/кг • град;

и

Tz — температуры горячего теплоносителя

на

входе

в ап­

парат и на выходе из него, °С;

ti

и

tz — температуры холодного теплоносителя на входе в ап­

парат и на выходе из него, °С;

г — теплота испарения,

дж/кг.

Тепловую нагрузку при охлаждении определяют по уравнению

(7-3), а расход охлаждающего агента по формуле

д.

Охол

GC {Tj — Т2)

/о о\

ё

c(t2-ti)

eib-ti)

•

где Q-хол — количество тепла,

сообщенное

холодному

теплоноси­

телю, вт.

Если количества

обоих теплоносителей

известны

и из четырех

температур, характеризующих

их начальное

и конечное

состояние

(ТІ , Tz,

h,

tz), даны три, то четвертую температуру

определяют из

уравнения

GC(Ti~Tz)=gc(h—ti).

(8-4)

О _

У&Т2

+ АР

( 8 . 5 )

УЫ-

+ ьг<

2,3 l g

е і + Є 2

+ / " А 7 - 2 +

А<8

©і + Є 2

—У"ДГ2 +Д^2

й =

/кА Г 2

+ Ш

•

(8-6)

N2,3 lg А + У~дТ2~+ №

А — / Д 7 ' 2

+ Д#

В формулах (8-5) и

(8-6) АТ = Тх — Т2

и

At = t2

— ^ — темпера­

турные перепады горячего и холодного теплоносителей;

®i = Ti — t2 и 0 2 = r 2 — t i — температурные

напоры

на

входе и на

выходе теплообменника при работе про­

тивотоком

с теми же начальными и ко­

нечными

температурами

теплоноси­

телей;

А— величина,

вычисляемая

по

форумле

т / ~ e i

+

т /

в

2

.

(8-7)

Л = ( Є , - Є 2 ) I

Y

у

в 1

—

] /

6

2

Если температура одного из теплоносителей остается постоян­

ной, то при любых видах их движения значение 6 с р

вычисляют по

формуле (7-12) или (7-13).

и холодного {tCp)

Среднюю температуру горячего

(Гер)

теплоно­

сителей определяют по формулам:

при М<АТ

< c p = - i - ( ^ + Л )

и

7 - c p = ^ c p + e c p ;

(8-8)

п р и Д Г < Д £ Г с р = Ц - ( 7 \ + :Г2) и tcp=Tcp-Qcp.

(8-9)

где

G — расход теплоносителя, кг/сек;

W — массовая скорость теплоносителя, кг/м2

• сек.

Рекомендуются следующие значения массовой скорости тепло­

носителей: для жидкостей — 200—2000 кг/м2 • сек;

для газов при дав­

лении 1 кгс/см2 — 2-Г-20 кг/м2 • сек.

8

З а к а з № 481

113

•xdl

Ttdl „

5 т р = ^ « 1

= - т ^ - ^ >

(8-11)

где

du

— внутренний диаметр трубы, м;

ПІ

— число труб в одном ходе;

п-—общее число труб в аппарате;

z — число ходов.

Площадь межтрубного пространства без перегородок

S « T P = ^ r

(8-12)

где

D — внутренний диаметр кожуха, м;

dB

— наружный диаметр труб, м.

перего­

В межтрубном пространстве,

разделенном продольными

веденное сечение определяется по формуле

5 п р и в = 4 ^ .

(8-14)

'прив

При этом 5 Ы Т р определяют по формуле

(8-12), а коэффициент -ф,

1 _ d "

'

(8-15)

где t — шаг труб, м.

Приведенная длина пути теплоносителя между

перегородками

/прив определяется по формулам:

для сегментных перегородок

Ориентировочные значения л з а г р

[33]

Теплоносители

г з а г р . ' -н2-град/от

Вода

0,00009

дистиллнр ов анн ая

(0,00018)

морская . . . .

0,00009

водопроводная .

0,00018

(0,00035)

загрязненная:

0,00053 (0,00071)

ш<0,9

м/сек

к>>0,9

м/сек

0,00035 (0,00053)

Нефтепродукты

0,0009—0,00018

Органические жидкости, рассолы, жидкие хладоагенты

0,00018

(NH3 , фреоны -и др.)

І

Водяной пар с примесью масла

0,00018

Пары:

0,00009

органических жидкостей

хладоагентов

0,00035

Воздух

0,00035

Для трубчатых теплообменников

F=itdln,

(8-23)

где d— диаметр труб, м;

I — длина труб, м;

її — к о л и ч е с т в о т р у б в т е п л о о б м е н н и к е .

Поверхность теплообмена подсчитывают по внутреннему, наруж­

ному или среднему диаметру труб в зависимости

от того, какой

теплоносителей и число труб и, наконец, по уравнению

(8-23) нахо­

дят требуемую длину труб.

6. Гидравлическое сопротивление

теплообменников

движению

через него теплоносителей определяют по формуле

(8-24)

где К — коэффициент трения;

р — плотность теплоносителя, кг/м3;

W — массовая скорость его, кг/м2

• сек;

Местные сопротивления

£

Входная

или выходная

камера

(удар

и поворот)

•

1,5

Поворот

(180°)

между

ходами

или секциями

2,5

Вход

в трубы

«

выход

из них

•,

1

Вход в межтрубное пространство

и выход из него

1,5

Поворот

(180°)

через

перегородку

в межтрубном пространстве . .

1,5

Поворот (180°) через калач .

пространстве

(т. — число ря-

2

Поперечное движение

в межтрубном

Зт

дов

труб)

- ^ o j

Круглые

змеевики

(я — число

витков)

0,5я

Примеры

Пример

1. Определить тепловую нагрузку и расход пара

в по­

догревателе

щелока. Количество жидкости

^=50 0 000 кг/ч,

ее на­

чальная

температура 140° С, конечная 145° С, теплоемкость

щелока

3820 дж/кг-

град. Давление греющего пара 9,81 бар (10

кгс/см2).

Р е ш е н и е .

I . Тепловую

нагрузку (с учетом

потерь тепла

в ок­

ружающую

среду — 3%

от общего количества)

определим

по фор­

муле

(7-4):

Q=

1 , 0

3 з д 5

^ °°°

• 3820 - (145-140)=2,73 • 10е

вт.

2.

Расход пара вычислим по формуле (8-2):

^

~

9094'- ї д а ' = 1

яг/сел;=4850

кг/ч.

газовой смеси G = 5000 кг/ч,

ее состав: 45% по весу газа S0 2 и 55%

водяного пара.

Определить

конечную температуру нагреваемой

воды, если в

теплообменник она поступает в

количестве

g=

=25 000 кг/ч.

Р е ш е н и е .

1. Тепловую

нагрузку определим

как разность

теп­

тая, что весь пар, находящийся

в смеси, конденсируется. В парога­

зовой смеси заданного

состава

содержится: водяного пара G n =

=0,55-5000=2750 кг/ч;

газа Gr = 0,45-5000 =2250 кг/ч.

in = 2,726-106 дою/кг;

теплоемкость конденсата (воды)

при 70° С:

С в = 4190 дж/кг • град;

теплоемкость сернистого ангидрида (газа):

С г = 610

дою/кг-град.

Тепловая нагрузка

Q=Gn(in-CBT2)

+ GrCr(Tl-T2)=^o-

• I 2

7 5 0

• < 2 > 7 2 6

' 1 0 6 -

- 419 0

• 70)+2250 • 610 • (130-70)] =

1,83

• 106 вт.

2. Конечную температуру воды определим из формулы

(8-4):

,

, |

3600 • Q _ 1 П

,

1,83 • 106 • 3600 _ 7

Q O

п

2 — l

i

CB-g — Ш

І

25 000 • 4190

1 6

U '

нечной — 7/2=90° С. Вода

имеет начальную температуру £і=40°С,

конечную — ^2 = 90° С. Число ходов в межтрубном

пространстве

7V = 3.

Р е ш е н и е . 1. Средний

температурный напор

определим по

300^9 0

01=210° С,

в 2 = 5 0 ° С

ЭОч-40

ДГ = 300 —90 = 210°С

210 50

Д£ = 90 —40 = 50°С;

2. Коэффициент А вычислим по формуле

(8-7):

Л = ( 2 1 0 - 5 0 ) •

^ 2 1 0 +

^ 5 0

\

\

=682,

у^210 -

у 50

теперь

У2Ш+Щ

1 1 0 „ с_

3 - 2,31g -6 8 2

+ 1^2102

+ 502

682 — У 2102 + 502

Определить

средний температурный напор и средние

темпера­

туры теплоносителей,

если

конечная температура воды ^ = 8 0 ° С и

теплообменник

имеет в межтрубном пространстве один ход.

Р е ш е н и е .

1. Определим температурные напоры на входе и вы­

ходе теплообменника

в случае его работы по принципу

противо­

тока:

170-v90

ЄД = 90°С, в 2 = 6 0 ° С .

80^-30

90

60

о

У 802+ 502

=64° С.

ср~

0

90 + 60 +

V8Q2 + 502

*"

' 2

90 +

60 — J/802+ 502

3. Так как At<AT,

среднюю разность холодного

теплоносителя

определяют по формуле

(8-8):

tCp

_

30 + 80

—

_ссоГ

2

Среднюю температуру горячего теплоносителя

также

рассчиты­

вают по формуле

(8-8) :

7 с р = 55 + 6 4 - 1 1 9 ° С .

О т в е т : е с р = 6 4 ° С ;

f c p =55 0 C;

Г с р = 119°С.

Пример 5. Определить коэффициент теплопередачи для щелока,

нагреваемого паром

в горизонтальном

кожухотрубчатом-

теплооб­

меннике. Количество

труб в теплообменнике

п=342,

число верти­

кальных рядов т = 4 3 , диаметр труб 38/33 мм. Давление

греющего

пара в межтрубном пространстве Р = 7,83 бар

(8 кгс/см2).

Массовая

скорость жидкости в трубах

W = 600 кг/м2-сек,

средняя

темпера­

тура ее равна 140° С. Константы щелочи при этой температуре:

Вязкость

ц,

н-сек/м2

0,5 -Ю- 3

Теплоемкость

с,

дж/кг-град

3,82-103

Теплопроводность

Я, вт/м-град

•

0,63