46.Величина критерия 10по формуле (11.29)
200
10 = 1,395-1009-2-(254-253) = 0,0711.
47.Интегральные коэффициенты внешней теплоотдачи резерву ара к воздуху в дневное и ночное время, а также в среднем за сутки по формулам (11.26), (11.30), (11.32)
Г 254 -253 V 3’961
а .дн = 7 7,45 -5 & |
0 , 0 7 1 Г * ’193- |
|
253 ; |
= 66,6В т/(м 2 - К); |
|
^ |
|
|
0,0228 |
f 254 -253 ^ • 381 |
( |
^2-9° |
^ ,99 |
а, =135,5 |
253 |
u |
|
= 12,8Вт/(м2 - К ); |
34,2 |
U -10-* J |
а 1 = 6616 -8,5 + 12,8 -15,5 = з 1 9 |
Вт/(м2-К). |
48.Коэффициент теплопередачи от нефти к воздуху через стен ку, смоченную жидкостью, по формуле (11.4)
1 |
1 |
0,009 |
1 |
м -К |
К. |
0,594 |
+ ------= 1,72 |
Вт |
40 |
31,9 |
Откуда К стж = 1/1,72 = 0,583 |
Вт/(м2 |
К). |
|
49.Проверяем правильность выбора температуры стенки |
О 583
Т'ст |
= 290,5 - —1—- ■(290,5 - 253) = 253,5 К . |
ст |
0,594 V |
' |
Так как отклонение расчетной температуры от принятой
(253,5 - 273) - (254 - 273)
100% = 2,63%(5%,
254 -273
то больше уточнять величину Т^. нет необходимости.
Расчёт коэффициента теплопередачи через днище резервуара
50.Задаемся ориентировочной температурой внутренней повер хности днища Тд = 286 К.
51.Плотность, удельная теплоёмкость, кинематическая вязкость, коэффициенты тепло — и температуропроводности нефти при этой температуре
_________ 890_________
Р286 ~ 1 + 746-10^ -(286 -293) 894,7кг/м 3;
|
Cd256 = |
• (762 + 3,39 • 286) = 1831 |
; |
|
p |
V890 |
V |
|
' |
кг*К |
|
v286 = 28,8 • 1 (Г4 • e-°-,08(286-293) =61,3*10-4M 2 / c; |
|
Я.н286 = ^ ~ r ( l - 0 , 00047 *286) = 0,152 BT |
|
|
890 |
|
|
|
м • К |
|
|
|
0,152 |
= 92,9*10“V / c . |
|
|
|
|
|
|
a 286 — 1831-894,7 |
|
|
52.Параметры Прандтля и Грасгофа при температуре Тд |
|
|
|
61,3-10“ |
= 66001; |
|
|
|
РГп = ■ |
- |
|
|
|
|
92,9*10 |
|
|
|
|
93 • 9,81 • 746 10-6 (2 9 0,5 -286) |
03о131• |
|
ОГд — |
(61,3-Ю"4) |
« |
|
|
|
|
|
53. |
Величина произведения |
|
|
|
|
|
(Gra • Ргп) = 638131 • 40871 = 26,1 • 109 |
54. |
Величина коэффициента теплоотдачи от нефти к днищу по |
формуле (11.7) |
|
|
|
|
|
|
а 1д=0,5* |
0,152 |
|
|
40871 У’25 _ |
Вт |
|
(26,1 *109)0'25 |
= 0,794 |
|
|
34,2 |
|
|
66001J |
м2 К |
55.Коэффициент теплопередачи через днище из формулы (11.17) |
|
1 |
1 |
0,005 |
3,14*34,2 л г г м2 *К |
|
Кд |
0,794 |
40 |
8*1,6 |
Вт |
что даёт Кд = 1/9,65 = 0,104 Вт / |
(м2 |
К). |
|
56.Проверка правильности выбора температуры днища |
|
Т' |
= 2 9 0 , 5 - — |
(290,5 - 275) = 285,6К. |
|
* |
|
0,794 |
v |
’ |
|
Так как
(285,6 - 273) - (286 - 273)
• 100% = 3,04%(5%,
286 -273 то температура днища задана верно.
Расчёт вероятной температуры нефти к концу периода хранения
57.Коэффициент теплопередачи от нефти в окружающую среду по формуле (11.3)
т/. |
О,Ю4-918 + 0,380-313,6 + 0,583-966,5 + 0,382-1864,6 |
Л ^ |
Вт |
JV'I' |
4062,7 |
0,367 |
- а |
т |
|
м2 - К |
58.Вероятная температура нефти к концу периода хранения по формуле (11.1)
Тв = 258+ (3 2 3 -2 5 8 )-exp - 0,367-4062,7-30-24-3600 |
= 306,9К . |
7,37 -106 -1848 |
|
59.Расчётная средняя температура нефти по формуле (11.1а)
7,37-10б-1848 |
|
Т'ср= 258+ (323 -258) |
|
-3600 |
0,367-4062,7-30-24 |
0,367-4062,7-30-24-3600 |
= 314,6К. |
1 -ехр |
7,37 -106 -1848 |
J_ |
|
Пример 11.2. Используя данные и результаты расчётов примера 11.1, рассчитать размеры теплообменного аппарата, который должен быть установлен в резервуаре. Теплоноситель - насыщенный водяной пар с параметрами Рпар = 0,39 МПа; Тпар = 416 К. Разогрев нефти осуществляется в течение 5 суток.
Нефть из резервуара откачивается насосами с подачей не менее 700 м3/ч. Насосная расположена на расстоянии 800 м от резервуара и выше нижней отметки днища резервуара на 2 м. Высота всасыва ния насосов 4 м. Подводящий трубопровод имеет наружный диа метр 529 мм и толщину стенки 8 мм.
Принять, что нефть содержит 20% парафина (скрытая теплота его плавления К= 230,3 кДж/кг).
Решение
1. Внутренний диаметр подводящего трубопровода по формуле (5.6) d = 0,529 - 2 0,008 = 0,513 м.
2. Секундный расход и скорость нефти в нём по формулам (5.7), (5.8)
Q = 3600700 0,194м3 /с;
4-0,194
0,939м /с.
3,14 ■0,5132
3.Поскольку температура откачиваемой из резервуара нефти не известна предположим, что её течение в подводящем трубопроводе происходит в зоне гидравлически гладких труб турбулентного режи ма (ш=0,25; р=0,0246).
4.М инимально необходимая температура подогрева нефти по формуле (11.32)
Т |
= 293 + -------!------- |
|
под.пнп |
0,108-0,25 |
|
•In 0,0246- 0,1942"0,25 • (28,8 • 10"4 )0 25 • 800 |
1,05 = 336,5К. |
|
0,5\35 |
4 - 2 |
Принимаем с запасом температуру подогрева Тпод = 340 К. 5.Величина отношения
T ^ T j , |
= 340 |
-258 |
2 |
Тв - Т 0 |
2 6 7 |
-258 |
|
Следовательно, средняя температура нефти в процессе подогрева по формуле (11.9)
= 258 + |
340 -267 |
= 291К . |
|
1п9,1 |
6.Плотность, удельная теплоёмкость, кинематическая вязкость, ко эффициенты тепло - и температуропроводности нефти, параметр Прандтля при этой температуре по формулам (1.1), (1.5), (1.6), (1.9) и (7.11)
_________ 890_________
P»i — 1 + 7 4 6 -1 0 ^(2 9 1 -2 9 3 ) 891,Зкг/м3;
Vjgi = 28,8• 10"4 • е-0,08-(29,-293) = 35,7-10"*м2/с;
^ 9 , = ■ ^ ^ 0 - 0 ,0 0 0 4 7 -291) = 0,152— ;
890 |
м -К |
Рг. |
35,7-10"* |
= 38775. |
|
92,2-10'9 |
Расчёт коэффициента теплопередачи через крышу
7.3адаёмся ориентировочной температурой крыши Тст = 279 К.
8. Средняя температура газового пространства
Тгп = 0,5 • (291 + 279) = 285К .
9. Коэффициент объемного расширения паровоздушной смеси в газовом пространстве
Рг„ = — = 3,51-1(Г31/К .
■285
10.Коэффициент теплопроводности, параметр Прандтля, кине матическая вязкость, параметр Грасгофа воздуха при Т гп по форму лам (7.11) и с учётом табл. 1.5
|
|
28S —281 |
RT |
^ = 0 . 0 2 5 1 + (0,0259 - 0,0251) • — — — |
= 0,0253 ------- |
|
|
293 - 283 |
(м • к) |
|
РГ.ОЗД = 0,705 - |
|
28S —283 |
|
(0,705 - 0,703) - |
= 0,705; |
|
возд253 |
10" |
= 11,2-10"6м2/ с . |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
+ 0 |
|
|
|
0,1-253-14,1 |
|
|
11 |
.Произведение параметров |
|
|
|
Gr • Ргвшд = 85,4 • 109 • 0,705 = 60,2 • 109; |
12. |
Так как величина Gr • Р г ^ > 109, то коэффициент теплопере |
дачи от «зеркала» нефти в газовое пространство резервуара по фор |
муле (11.20) при Т 3 =ТП |
|
|
|
|
ctllc «1,14 -^291 -285 =2,07 Вт / |
(м2 К). |
13. |
Коэффициент конвекции по формуле (11.24) |
|
бк= 0,18 - (бО, 2 ■109 )0,25 =89,2. |
14.Эквивалентный |
коэффициент |
теплопроводности газового |
пространства по формуле (11.22) |
|
|
|
Хэ «0,0255-89,2 = 2,25 |
В т / ( м |
К). |
15.Из примера 11.1 берем величины параметров воздуха при тем пературе 253 К:
^ваэд25з = 0 >0228Вт/(м-К); Ср253 = 1009 ДжДкг-К); рвшд253 =1,395 кг/ м3;
возд253 = 11,2-10-6м2 / с; Reвозд253 = 6107143. 16.Величина критерия 10 по формуле (11.28)
200 |
= 2,73-10 -9 |
l0 = 1,395 • 1009 • 2 • (279 - |
253) |
17.Интегральный коэффициент внешней теплоотдачи от повер хности крыши к воздуху в дневное и ночное время по формулам (11.27), (11.30)
а , дн = 0,00022 • |
-1,76 |
279 -253 |
.-3 ,2 2 |
• (2,73 • 10-3) |
253 |
= 8,02 Вт/(м2К). |
|
34,2 |
|
а ,, = 0,035 ■° ’0228 ■0,71 б0'” 1 • 6107143°’8 = 5,58 Вт/(мг К). 34,2
18. Усредненная за сутки величина интегрального коэффициен та внешней теплоотдачи для крыши по формуле (11.32)
8,02-8,5 + 5,58(24-8,5)
124
19.Коэффициент теплопередачи от нефти к воздуху через кры шу резервуара по формуле (11.19)
1 |
1 |
4,41 |
0,004 |
1 |
м2 -К |
Кк |
— |
+ —— |
+ —-----+ -------= 2,60 |
-------- . |
2,07 |
2,25 |
40 |
6,45 |
Вт |
Следовательно, К к = |
1/2,60 = 0,385 Вт/(м2-К). |
|
20.Проверяем правильность выбора температуры крыши |
Г |
= 2 8 5 - 0,385 (285 -253) = 279,1К. |
|
|
2,07 |
|
|
Так как расхождение ранее принятой температуры крыши и найден ной в результате расчётов составляет
(2 7 9 ,1 -2 7 3 )-(2 7 9 -2 7 3 )
100% = 1,67% <5%,
279 -273
то выбор температуры крыши резервуара сделан верно.
Расчёт коэффициента теплопередачи через стенку, контактирующую с газовым пространством резервуара
21.Так как средняя температура газового пространства нами уже
найдена (Тг „ = 285 К), то величины |
|3Г |
v,om, Рг„„ при ней |
пересчитывать нет необходимости. |
|
|
Задаемся ориентировочной температурой |
стенки Тст = 279 К и |
вычисляем её расчётное значение аналогично |
примеру 11.1: |
4,413 • 9,81 • 3,5 M |
O'3 • (285 - |
279) |
|
Gr = - |
--------------- !----------- \ ------------ - = 85,4-109; |
|
|
(14,37-10^) |
|
|
|
Gr • РгвозД= 85,4 • 109 • 0,0252 = 60,2 • 109; |
a llc «1,14-^/291-285 =2,07 |
В т / ( м 2 К); |
|
ек =0,18-(б0,2-Ю 9)0,25 —89,2; |
|
А. «0,0255-89,2 = 2,25 |
Вт / (м |
К); |
1 |
1 |
4,41 0,009 |
1 |
„ |
м2 -К |
Кетт |
+ —— + —-----+ ------- = 2,60 |
Вт |
2,07 |
2,25 |
40 |
6,26 |
|
Кстг = |
1/2,60 = 0,385 Вт/(м2 К); |
Г |
|
О 385 |
• (285 - 253) = 279,1К. |
= 285 - |
|
ст |
2,07 |
V |
|
' |
|
Так как отклонение Тст |
от принятой величины |
Тст составляет |
(2 7 9 ,1 -2 7 3 )-(2 7 9 -2 7 3 ) |
|
|
|
|
279 -273 |
100% = 1,67% <5%, |
|
|
|
|
|
то пересчитывать температуру стенки, контактирующей с газовым пространством резервуара нет необходимости.
Расчёт коэффициента теплопередачи через стенку, контактирующую с нефтью 22.3адаёмся температурой стенки Тст=254 К. Так как температура
стенки та же, что и в примере 11.1, то воспользуемся уже найденными
величинами р254 = 916,7 кг/м3; Ср254= 1717 Дж/(кг-К); |
=0,1944 м2/ |
с; Хи254=0,155 Вт/(м-К); а254 = 98,5 10-9 М2/ с; ргс = 1973401. |
23. Параметр Грасгофа |
|
|
|
95 -9,81-746 К Г 6 |
(291 -254) |
, |
. |
Grn = ------ ------------------ |
^ -------------- |
= 5,23-10э. |
п0,19442
24.Произведение параметров
(Gr ■Рг)п = 5,23 ■103 • 40871 = 0,214 ■109
25. Так как данное произведение меньше, чем 109, то коэффици ент теплоотдачи по формуле (11.5)
а, = 0 |
, |
0,33 ( 40871 V’25 |
Вт |
( 202, 6- Ю10) |
= 922,3 |
|
|
V1973401> |
м2 - К |
26.Величина интегрального коэффициента теплоотдачи при выб ранной температуре стенки уже найдена в примере 11.1 и составляет а, = 31,9 Вт/(м2-К). Поэтому находим коэффициент теполопередачи от нефти к воздуху через стенку, смоченную жидкостью, по формуле (11.4)
К. |
1 |
0,009 |
1 = 1,70 |
м2 К |
0 , 6 + |
40 + 31,9 |
Вт |
Откуда Кст-Ж= 1/1,70 = 0,589 Вт/(м2 |
К). |
|
27.Проверяем правильность выбора температуры стенки |
|
О 589 |
|
|
|
= 2 9 1 - |
■(291 - 253) = 254,6К . |
|
0,6 |
|
|
Так как отклонение Т'сг от |
ст составляет |
|
(2 5 4 ,6 -2 7 3 )-(2 5 4 -2 7 3 ) |
100% = 3,14% <5%, |
|
254 -273 |
|
|
|
|
|
то уточнять величину температуры стенки нет необходимости.
Расчёт коэффициента теплопередачи через днище резервуара
28.3адаёмся ориентировочной температурой внутренней повер хности днища Тд = 286 К. Так как эта величина совпадает с приня
той в п. 50 примера |
11.1 то величины р286, Ср 286, v286 ,а286, Ргд можно |
взять оттуда. |
|
|
29.Параметр Грасгофа при температуре Тд |
93 • 9,81 • 746• 10-6 (291 -286) |
Gr =--------------------------- |
Ц ----------- |
1 = 709034. |
|
(6 1 ,3 1 0 ^) |
|
30.Величина произведения
Grfl • Ргп = 709034 ■40871 = 29 • 109
31. Величина коэффициента теплоотдачи от нефти к днищу по формуле (11.7)
“ и = °.5 ^ |
40871 У ’25 |
Вт |
(О,2910’)0' |
0,815 |
|
66001, |
м2 К |
32.Коэффициент теплопередачи через днище из формулы (11.17)
1 |
1 |
0,005 |
3,14-34,2 |
„ м2 • К |
— = --------+ —------+ —---------— = 9,62--------, |
Кд |
0,815 |
40 |
8-1,6 |
Вт |
что даёт Кд = 1/9,62 = 0,104 Вт/(м2 К). |
|
33.Проверка правильности выбора температуры днища |
Г |
= 290,5 - ^ 5 1 . (290,5 - 275) = 285,6К. |
д |
|
0,794 |
v |
} |
Так как |
|
|
|
|
(2 8 6 ,2 -2 7 3 )-(2 8 6 -2 7 3 ) |
|
|
286 -273 |
•100% = 1,2% <5%, |
|
|
|
то температура днища задана верно.
34.Коэффициент теплопередачи от нефти в окружающую среду
по формуле (11.3) |
|
„ 0,104 |
-918 + 0,380-313,6 + 0,583-966,5 + 0,382-1864,6 _ |
Вт |
т |
4062,7 |
м2-] |
35. |
Количество тепла, расходуемого на подогрев нефти, по |
формуле |
(11.33) |
|
Q, = 7,37 -106 • 1850• (340 -314,6) = 346,3-109Д ж .
36. Количество тепла, необходимого для плавления парафина, по формуле (11.34)
Q2 = 7,37-106 - 0,2 - 230,3-103 = 339,5-109Дж .
37.Тепловые потери в окружающую среду по формуле (11.35)
Q3 = 0 ,370-4062,7 -(291 -2 5 8 )-5 -2 4 -3 6 0 0 = 21,4-109Дж .
38. Среднее количество тепла, которое должен выделять подо греватель в единицу времени, по формуле (11.36)
|
346,3-109 + 339,5 -109 - 21,4-109 |
|
Q T = |
1,64-10бВт. |
|
|
5-24-3600 |
39. |
Полагаем, что в резервуаре будет установлен секционный |
подогреватель из труб диаметром 60x3,5 мм (табл. 11.4).Принимаем, |
что внутренний коэффициент теплопередачи от пара к стенке трубы |
теплообменника |
а 1п = 4000В т/(м 2 - К). |
40. |
Средняя температура между стенкой теплообменника и тем |
пературой нефти
Тср=0,5-(416 + 340) = 378К. 41.Параметры нефти при данной температуре
р = |
|
890 |
|
= 836,9кг/м3; |
--------------1 |
-т—-------------- |
|
378 |
+ 746-10"6 -(378 -2 9 3 ) |
|
|
v378 = 28,8-10^ •е_0’108(378_293) =3-10_7м12/с; |
С , 78 |
= |
|
|
Дж . |
■(762 + 3,39 • 378) = 2 1 6 2 - ^ - |
р378 |
|
V890 V |
' |
кг-К |
К™ *(1 -0,00047-378) = 0,145Вт/(м ■К ) ; 890
0,145
= 8 0 ,1 1 0 'V /c .
а” 8 2162-836,9 42.Параметры Прандтля и Грасгофа при данной температуре
„ |
з-ю-7 |
Рг_ = ------------ = 3,75; |
|
80,1 -10-9 |
0,Об3 -9,81 -746-10"6 -(378-291) _ |
Gr = |
4,04 10s |
(з-ю-7)
43.Произведение параметров
(Gr • Рг)п =4,04-109 -3,75 = 15,2-109
44.По формуле (11.7) при отношении Ргп/Ргст=1 определяем
а 2 |
|
чО,25 |
. . . . В Т |
= 0 ,5 - ^ ^ -- (1 5 ,2 - 1 0 5)и" |
=424,3 |
2" |
0,060 V |
; |
м2 К |
45.Коэффициент теплопередачи от пара к нефти из формулы (7.9)
|
In |
0,060 |
|
+ |
Knd 4000 -(0,060 - 2 -0,00375) 2-40 |
0,060 -2 -0,00375 |
1 |
м -К |
|
+■ |
= 0,0393 |
|
424,3-0,06 |
~ в Г |
|
Соответственно Knd= 1/0,0393=25,5 Вт
46.Среднелогарифмический температурный напор по формуле (11.44)
_ 340 -314,6
ер , 416-314,6 88,1К'
416-340
47.Расчётная поверхность нагрева теплообменного аппарата из формулы (11.39)
