+++КР ВСЕ

Задача №2

Воздух нагревается в трубах одноходового кожухотрубчатого теплообменника под атмосферным давлением от Tн до Tк насыщенным водяным паром, который конденсируется в межтрубном пространстве. Расход воздуха V0 (при нормальных условиях). Избыточное давление пара P, влажность φ. Коэффициент теплоотдачи пара α. Определить необходимую площадь поверхности теплопередачи теплообменного аппарата и расход пара, если число труб в аппарате N., а их диаметр

D. Потерями теплоты в окружающую среду пренебречь.

Исходные данные:

T н = 22°C

T к = 105°C

V0 = 5000 м3

ч

Pизб = 2 атм φ = 4%

Вт

α1 = 9500 м2

n = 257

d= 25 x 2 мм

Решение:

Основой расчета является уравнение теплопередачи, в соответствии с которым,

искомая площадь поверхности теплопередачи:

Температурная схема процесса теплообмена:

Изменение температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена:

где V0 – объемный расход воздуха при нормальных условиях, м3/с ;

ρ0 = 1,293 [1,табл.А2, стр.91] - плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3 .

Массовая теплоемкость с учетом того, что молярная масса воздуха равна 29 кг/кмоль :

где r = 2171 кДж/кг - удельная теплота конденсации пара при абсолютном давлении 3 атм. [1,табл.А12, стр.100];

χ = 1 − ϕ = 1 − 0.04 = 0.96 – степень сухости пара.

В соответствии с уравнением Клапейрона плотность газа ρ при температуре Т (К) и

абсолютном давлении Р:

Скорость движения воздуха в трубах теплообменника:

ω= G2

ρS

где ω – скорость воздуха, м/с;

ρ – плотность воздуха в трубах при рабочих условиях, кг/м3; S – площадь поперечного сечения трубного пространства, м2

Площадь проходного сечения трубного пространства S:

S = 0.785 Dвн2 N

9

где Dвн – внутренний диаметр труб в теплообменном аппарате, м; n- число труб .

S = 0.785 0.0212 257 = 89 10 −3 м2

Так как воздух движется по трубам, то определяющим геометрическим размером при расчете критериев подобия является эквивалентный диаметр. Для трубного пространства:

С учетом того, что режим течения воздуха в трубном пространстве турбулентный ( Re > 10000), для определения коэффициента теплоотдачи используем критериальное уравнение:

NU = 0.018 Re 0.8 = 0.018 (2.02 10 4 )0.8 = 50

Коэффициент теплоотдачи для воздуха:

Определим значение коэффициента теплопередачи от пара к воздуху:

[1,табл.А8, стр.96];

10

F= 1.5 105 = 37 м2 68 60.1

Ответ. F = 37 м2

11

Список использованной литературы

1.Банных О.П. и др. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии.

Уч. пособие для студентов заочной формы обучения. – СПб, СПбГТИ(ТУ), 2009.

2.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и

аппаратов химической технологии. Уч.пособие для ВУЗов. – 10-е изд. перераб. и

доп.-Л.: Химия, 1987.

12

Раздел 3.3

Задача №1

В выпарном аппарате упаривается Gн = 4,5 т/ч водного раствора от концентрации хн= 5% до концентрации хк= 11% Раствор поступает при температуре tн= 15°С

Температурная депрессия ∆tдепр = 4 К, депрессия гидростатического эффекта ∆tг.эф= 3

К депрессия гидравлических сопротивлений ∆t г.с=0,7 К. Давление в

среду ε=4% от полезно используемого количества теплоты Qпол. Избыточное давление греющего пара Pг.п.изб= 1,5 атм. Влажность греющего пара φ = 3%.

Определить расход греющего пара, удельный расход греющего пара, поверхность теплопередачи греющей камеры выпарного аппарата.

Решение.

Количество выпариваемого растворителя рассчитывается по уравнению:

Расчет температур в различных точках выпарного аппарата:

Температура конденсации вторичного пара в барометрическом конденсаторе T0

определяется при P0 = 0.7атм .

T 0 = 89,3°С [1,таб.А12, стр.100]

Температура насыщенного вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата составляет:

T1 = T 0 + T г.C. = 89,3 + 0.7 = 90°С

Давление вторичного пара в сепараторе выпарного аппарата определяется по температуре вторичного пара [1,таб.А11, стр.98]:

Р1 = 0,715атм.

Температура кипения раствора в сепараторе выпарного аппарата:

T к = T1 + T депр. = 90 + 4 = 94°С

Средняя температура кипения раствора в трубах греющей камеры выпарного аппарата:

T кип = T к + T г.ф = 94 + 3 = 97°С

Теплоемкость разбавленного раствора:

2

P = 0.715атм [1,таб.А12, стр.100]:

1

Rвт = 2284.8 кДж

К

Полезная тепловая нагрузка выпарного аппарата:

Qпол = Gн сн (T к − T н )+ W Rвт = 1,25 3981 (94 − 15) + 0,682 2284.8 103 = 1.56 106 Вт

Полная тепловая нагрузка выпарного аппарата:

Q = Qпол + Qп ,

где Qп - потери теплоты в окружающую среду, Вт.

Потери теплоты составляют 4% от полезной тепловой нагрузки, поэтому можно записать:

Q = 1.04 Qпол = 1.04 1.56 106 = 1.62 106 Вт

Свойства греющего пара

Абсолютное давление греющего пара Pг.п = 1 + Рг.п.изб = 1 + 1,5 = 2,5атм.

Свойства греющего пара определяются по его давлению [1,таб.А12, стр.100]: - температура конденсации Tг.п = 126,2°С ;

- теплота конденсации Rг.п = 2189,5 кДж .

кг

Полезная разность температур (движущая сила выпаривания):

T пол = T г.п − T кип = 126,2 − 97 = 29,2°С

Поверхность теплопередачи греющей камеры выпарного аппарата:

Q

F =

K Tпол

где Q– полезная тепловая нагрузка выпарного аппарата, Вт;

К– коэффициент теплопередачи, Вт ;

м2 К

F – поверхность теплопередачи (цилиндрическая поверхность кипятильных труб греющей камеры выпарного аппарата, м2);

Tпол - полезная разность температур, К.

Расход греющего пара:

3

Gг.п. =

Q

Rг.п х

где x - степень сухости греющего пара х = 1 − ϕ = 1 − 0,03 = 097

4

Задача №2

В выпарном аппарате упаривается водный раствор от концентрации хн =5% до концентрации хк=11%. Раствор поступает в выпарной аппарат при температуре кипения. Температурная депрессия ∆tдепр = 4 К, депрессия гидростатического эффекта ∆tг.эф = 3К, депрессия гидравлических сопротивлений ∆tг.с= 0,7К. Давление в барометрическом конденсаторе Р0=0,7 атм. Коэффициент теплопередачи в

окружающую среду ε=4% от полезно используемого количества теплоты пол Qпол.

Расход греющего пара Gг.п.=1,5 кг/с. Избыточное давление греющего пара Pг.п.изб=1,5

атм. Влажность греющего пара φ=3%. Определить удельный расход греющего пара,

расход исходного раствора, расход упаренного раствора, поверхность теплопередачи греющей камеры выпарного аппарата.

Решение.

Свойства греющего пара

Абсолютное давление греющего пара Pг.п = 1 + Рг.п.изб = 1 + 1,5 = 2,5атм.

Свойства греющего пара определяются по его давлению [1,таб.А12, стр.100]:

-температура конденсации Tг.п = 126,2°С ;

-теплота конденсации Rг.п = 2189,5 кДж .

кг

Полная тепловая нагрузка выпарного аппарата:

Q = Gг.п. Rг.п х = 1.5 2189.5 103 0.97 = 3.18 106 Вт ,

где x - степень сухости греющего пара х = 1 − ϕ = 1 − 0,03 = 0.97 ;

Gг.п. - расход греющего пара, кг/с.

Полная тепловая нагрузка выпарного аппарата:

Q = Qпол + Qп ,

где Qп - потери теплоты в окружающую среду, Вт.

Потери теплоты составляют 4% от полезной тепловой нагрузки, поэтому можно записать:

Q = 1.04 Qпол . Отсюда получим: