Lab_Prakt_2013_Bez_ZM
.pdf23
з частотою n в апараті діаметром D, якщо густина суспензії ρ, в’язкість μ , а діаметр мішалки d втричі менший за діаметр посудини для перемішування (апарату).
Величина, одиниця |
Передостання цифра шифру |
|
|
|
|
|
||||
вимірювання |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
n, об/хв |
100 |
60 |
75 |
80 |
90 |
110 |
120 |
150 |
130 |
60 |
D, мм |
1200 |
950 |
1000 |
850 |
950 |
1000 |
850 |
900 |
950 |
1100 |
|
Остання |
цифра шифру |
|
|
|
|
|
|
||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
ρ, кг/м3 |
1200 |
1050 |
1100 |
1050 |
1300. |
1150 |
1000 |
980 |
1250 |
1000 |
μ·106, Па·с |
1790 |
1310 |
1000 |
804 |
657 |
549 |
470 |
670 |
855 |
615 |
1. Визначення критерію Рейнольдса при русі суспензії під час перемішування:
Re = |
ρnd2 |
|
|
μ |
; |
(1) |
|
де d –діаметр мішалки, м; ρ - густина суспензії, кг/м3; μ - водної суспензії, Па с.
2. Визначення критерію потужності (критерію Ейлера) за графіком (дод. Д12)
Для визначення критерію Ейлера потрібно за розрахованим значенням Рейнольдса вибрати точку перетину із кривою що відповідає типу мішалки та симплексам геометричної подібності.
Наприклад, для чотирьохлопатевої мішалки із кутом встановлення лопатей під кутом 60° (крива 7), що перемішує розчин із чисельним значення критерію Рейнольдса у 10000 критерій Ейлера складає 1,4.
3. Потужність перемішування визначають за рівнянням:
N = Euмρn3d5 |
(2) |
24
Дано: Розв’язок
Знайти:
Відповідь:
25
3. ТЕПЛОВІ ПРОЦЕСИ
Задача 3.1
Знайти коефіцієнт тепловіддачі α від насиченої водяної пари, що конденсується, до зовнішньої поверхні вертикальних труб висотою Η і горизонтальних труб діаметром d, якщо тиск насиченої пари р, температура плівки конденсату t, різниця температур насичення і стінки ∆t. Задачу розв’язати у двох варіантах (для Η і для d). Початкові дані вибрати із таблиці.
Таблиця
Передостання |
Задані величини |
|
Остання |
Задані величини |
||
цифра шифру |
H, м |
d, мм |
р, МПа |
цифра |
t, °C |
t, °C |
|
|
|
|
шифру |
6 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
7 |
|
0 |
1,8 |
20 |
0,1 |
0 |
25 |
96 |
1 |
1,5 |
22 |
0,16 |
1 |
30 |
105 |
2 |
2,0 |
25 |
0,2 |
2 |
40 |
112 |
3 |
2,5 |
28 |
0,24 |
3 |
50 |
118 |
4 |
3,0 |
30 |
0,3 |
4 |
55 |
124 |
5 |
3,5 |
32 |
0,36 |
5 |
45 |
128 |
6 |
4,0 |
36 |
0,4 |
6 |
60 |
132 |
7 |
2,5 |
20 |
0,12 |
7 |
25 |
98 |
8 |
2,3 |
25 |
0,14 |
8 |
15 |
102 |
9 |
2,2 |
32 |
0,28 |
9 |
10 |
126 |
Вказівки. Нарисувати схему кожухотрубного теплообмінника (для варіанту визначення α при визначальному розмірі Н – вертикальний , для d – горизонтальний) з позначенням потоків і температурного режиму.
Під час розрахунків скористатися рівнянням
α = c4 |
rgλ3ρ2 |
, |
(1) |
|
HμΔt |
|
|
де с – коефіцієнт, що характеризує положення поверхні теплообміну (с=1,15 – для вертикальних труб, с=0,725 – для горизонтальних); r – теплота конденсації пари, Дж/кг; g – прискорення вільного падіння, м/с2; λ – теплопровідність плівки конденсату, Вт/(м·К); ρ – густина плівки конденсату, кг/м3; μ – в’язкість плівки конденсату, Па·с.
За результатами розрахунку зробити висновок про ефективність тепловіддачі.
26
Дано: |
Розв’язок |
За |
|||
|
|
|
|
|
температурою |
|
|
|
|
|
конденсату |
|
|
|
|
|
визначити |
|
|
|
|
|
теплофізичні |
|
|
|
|
|
його |
|
|
|
|
|
теплофізичні |
|
|
|
|
|
властивості за |
|
|
|
|
|
таблицями для |
|
|
|
|
|
води |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Знайти: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Відповідь:
27
Задача 3.2
У пластинчастому теплообміннику гаряча вода в кількості G1 із початковою температурою t1п нагріває воду від t2п до t2к. Кінцева температура гарячої води t1к. Коефіцієнт теплопередачі К. Знайти необхідну площу поверхні теплопередачі теплообмінника і кількість нагрітої води. Початкові дані вибрати із таблиці.
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця |
|
|
|
|
|
|
|
|
Передостання |
Задані величини |
|
Остання |
Задані величини |
|||
цифра шифру |
G1, |
t2п, °C |
t2к, °C |
цифра |
t1п, |
t1к, |
К,Вт/(м2·K) |
|
м3/год |
|
|
шифру |
°C |
°C |
|
0 |
7000 |
20 |
50 |
0 |
90 |
65 |
2800 |
1 |
8500 |
22 |
70 |
1 |
85 |
57 |
3750 |
2 |
8000 |
25 |
60 |
2 |
78 |
55 |
1700 |
3 |
9500 |
28 |
60 |
3 |
84 |
70 |
2720 |
4 |
10000 |
30 |
70 |
4 |
95 |
65 |
2900 |
5 |
8500 |
32 |
75 |
5 |
92 |
50 |
1950 |
6 |
9000 |
36 |
80 |
6 |
95 |
65 |
3880 |
7 |
11250 |
20 |
55 |
7 |
85 |
60 |
1730 |
8 |
11350 |
25 |
80 |
8 |
95 |
70 |
2650 |
9 |
15000 |
32 |
65 |
9 |
82 |
50 |
2920 |
Вказівки. Нарисувати схему пластинчастого теплообмінника з нанесенням потоків і температурного режиму. Теплофізичні характеристики робочих середовищ взяти з довідникових таблиць.
1.Визначення температурних умов нагріву.
Середню різницю температур між парою і рідиною, що нагрівається, визначають як середньологарифмічну різницю
tc = |
t |
б − |
|
tм |
= |
tб − |
tм |
|
, |
(1) |
||
ln |
|
tб |
|
|
2,3·lg |
tб |
|
|||||
|
|
tм |
|
|
|
tм |
|
|
|
|||
де tб, tм - різниці температур між теплоносіями на кінцях теплообмінника визначаються за температурним графіком;
Якщо |
tб |
≤ 2 , то середньо-логарифмічну |
різницю можна |
||
|
|||||
|
tм |
|
|
|
|
замінити середньоарифметичною різницею: |
|
||||
|
|
tc = |
tб + |
tм . |
(2) |
|
|
|
2 |
|
|
Середня температура рідини, яку нагрівають:
|
28 |
|
|
|
t2c |
= |
t2п + t2к |
. |
(3) |
|
||||
|
2 |
|
|
|
2. Теплофізичні властивості рідини, що нагрівається
При середній температурі t2с води визначаються за допомогою таблиць: густину ρ [кг/м3]; теплоємність с2 [Дж/(кг . К)].
3. Теплове навантаження і витрати холодного теплоносія
Теплове навантаження без врахуванням теплових втрат, Дж/с або Вт:
Q = G1c(t1к − t1п )
Витрати холодного теплоносія можна визначити із рівняння
Q = xG2c2 (t2к − t2n ) |
(4) |
де x – коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище; х = 1,02...1,05; G - витрата рідини, кг/с; с - теплоємність рідини, Дж/(кг.К).
Витрати води, кг/с:
G2 |
= |
|
Q |
|
|
, |
(5) |
|
xc2 |
(t2к |
− t |
2п ) |
|||||
|
|
|
|
4. Визначення площі поверхні теплопередачі
Площа поверхні нагрівання теплообмінника визначається за формулою
F = |
Q |
. |
(6) |
|
|||
|
K tС |
|
|
Дано: Розв’язок
Знайти:
29
Відповідь:
30
Задача 3.3
У поверхневому холодильнику потрібно охолодити G продукту теплоємністю c від tn до tк. Охолодження здійснюється водою, температура якої на вході в апарат tвп, на виході tвк. Обчислити потрібну площу поверхні теплообміну, прийнявши коефіцієнт теплопередачі таким, що дорівнює Κ, і витрату охолодної води. Тепловтрати у навколишнє середовище дорівнюють х. Розрахунок виконати за двома варіантами руху теплоносіїв: прямо- і протитечійному. Початкові дані вибрати із таблиці.
Таблиця
Перед- |
|
Задані величини |
Остання |
Задані величини |
|
||||||
остання |
G, |
tп, °C |
tк, °C |
с, |
К, |
|
|
tвп, |
|
tвк, |
|
цифра |
2 |
|
|
||||||||
цифра |
кг/год |
|
|
кДж/(кг·°C) |
шифру |
Вт/(м ·K) |
х,% |
°C |
|
°C |
|
шифру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
6500 |
50 |
30 |
3,30 |
0 |
1300 |
|
5 |
5 |
|
15 |
1 |
6800 |
45 |
30 |
3,35 |
1 |
1350 |
|
6 |
8 |
|
12 |
2 |
7000 |
60 |
20 |
3,40 |
2 |
1400 |
|
7 |
7 |
|
11 |
3 |
7200 |
50 |
20 |
3,45 |
3 |
1450 |
|
8 |
2 |
|
13 |
4 |
5000 |
55 |
30 |
3,32 |
4 |
1500 |
|
9 |
6 |
|
14 |
5 |
5500 |
60 |
20 |
3,34 |
5 |
1550 |
|
10 |
5 |
|
15 |
6 |
5800 |
45 |
25 |
3,44 |
6 |
1380 |
|
2 |
9 |
|
11 |
7 |
7400 |
50 |
40 |
3,48 |
7 |
1480 |
|
3 |
8 |
|
12 |
8 |
7600 |
55 |
35 |
3,46 |
8 |
1520 |
|
4 |
7 |
|
13 |
9 |
7800 |
60 |
30 |
3,48 |
9 |
1500 |
|
15 |
6 |
|
14 |
Вказівки. |
Нарисувати |
схему кожухотрубного |
холодильника з |
||||||||
нанесенням потоків і температурного режиму. Теплофізичні характеристики робочих середовищ взяти з довідникових таблиць.
Обчислення провести за методикою задачі 3.2. В якості гарячого теплоносія у задачі буде виступати продукт, а холодного – вода. Побудувати температурний графік та провести розрахунки за двома варіантами.
Дано: Розв’язок
Знайти:
31
Відповідь:
32
Задача 3.4
Визначити коефіцієнт теплопередачі під час нагрівання води у вертикальному кожухотрубному теплообміннику за таких умов: кількість води, яку потрібно нагріти G, т/год; початкова температура води t2п, °С; кінцева температура t2к, °С; тиск гріючої пари Р, МПа; швидкість руху води у трубках теплообмінника w, м/с, внутрішній діаметр трубок dв, мм стінки трубки вибирається у межах δ = 1,5...3 мм; довжина (висота) трубок Н, м, матеріал трубок і коефіцієнт його теплопровідності λст, Вт/(м . К): мідь λст = 380; латунь λст = 93; алюміній λст = 200; сталь λст = 46; нержавіюча сталь λст = 17,5. Початкові дані вибрати із таблиці.
Таблиця
Передо- |
Задані величини |
|
|
Остання |
Задані величини |
||||
стання цифра |
G, |
w, |
dв, |
Н, |
λст, |
цифра |
t2п, |
t2к, |
P, |
шифру |
т/год |
м/с |
мм |
м |
Вт/(м. К) |
шифру |
°С |
°С |
МПа |
0 |
50 |
0,5 |
20 |
2,0 |
380 |
0 |
7 |
50 |
0,055 |
1 |
52 |
0,6 |
25 |
2,5 |
93 |
1 |
10 |
60 |
0,060 |
2 |
48 |
0,8 |
30 |
3,0 |
200 |
2 |
15 |
70 |
0,075 |
3 |
47 |
1,0 |
40 |
3,2 |
17,5 |
3 |
20 |
75 |
0,090 |
4 |
45 |
0,9 |
50 |
3,5 |
46 |
4 |
12 |
65 |
0,070 |
5 |
44 |
0,7 |
20 |
4,0 |
380 |
5 |
14 |
70 |
0,080 |
6 |
46 |
0,5 |
25 |
2,2 |
93 |
6 |
16 |
80 |
0,10 |
7 |
42 |
1,0 |
30 |
2,8 |
200 |
7 |
18 |
78 |
0,11 |
8 |
40 |
0,7 |
40 |
3,5 |
17,5 |
8 |
20 |
55 |
0,060 |
9 |
45 |
0,5 |
50 |
4,0 |
46 |
9 |
22 |
80 |
0,11 |
Методика теплового розрахунку поверхневого теплообмінника
1.Визначення температурних умов нагрівання.
Середню різницю температур між парою і рідиною, що нагрівається, визначають як середньологарифмічну різницю
tc = |
tб |
− tм |
, |
(1) |
|
ln |
tб |
|
|||
|
tм |
|
|||
де tб, tм - різниці температур між теплоносіями на кінцях теплообмінника;
tб =t −t2n ; tм =t −t2к
tр - температура насиченої пари за тиску Р.
Якщо tб ≤ 2 , то середньо-логарифмічну різницю можна tм
замінити середньоарифметичною різницею: