Розрахунок теплообмінника типу «труба в трубі». Тепловий розрахунок. Теплофізичні властивості. Внутрішній діаметр теплообмінника

Страницы работы

Фрагмент текста работы

2.Розрахунок теплообмінника типу «труба в трубі»

Вихідні дані для розрахунку:

Продуктивність апарату: Gс=2000 кг/год=0,56 кг/с

Початкова температура конденсату: tn1=950C

Кінцева температура конденсату: tk1=300C

Початкова температура яблучного соку: tn2=250C

Кінцева температура яблучного соку: tk2=800C

Всі інші необхідні дані приймаємо самостійно по ходу розрахунку.

Тепловий розрахунок

1. Обчислюємо середню різницю температур теплоносія і продукту:

∆ tб = tп1 – tк2 = 95-80=15º C

∆ tм =t п2 – tк1 = 30-25=5º C

∆tc=

2. Теплофізичні властивості визначаються за теплофізичним довідником:

Для яблучного соку:

Знаходимо середню температуру яблучного соку:

tс=ºC

λс=0,5838 Вт/(м·К)  

ρс=1026,1875 кг/м3

μс=0,6775*10-3 Па·с

Сс=3977,375 Дж/(кг·К)

Prс=4,62

Для води:

Знаходимо середню температуру підігріваючої води

tв = º C

λв=0.6613 Вт/(м·К)  

ρв=981,75 кг/м3

μв=430*10-6 Па·с

Св=4182,5 Дж/(кг·К)

Prв=2,8725

3. Теплове навантаження теплообмінника знаходимо з рівнянь теплового балансу

Q=Q1+Q2

де Q1 – кількість теплоти, віддану гарячим теплоносієм, Дж/с;

Q 2 – кількість теплоти, передана холодному теплоносію.

Теплове навантаження з урахуванням теплових витрат, Дж/с або Вт

Q2 = x·Gс·Cс*(tк2 - tп2)

де х – коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище; (х=1,02..1,05); Gс – витрати соку, кг/с; Сс – теплоємність соку, Дж/(кг*К)

х=1,05

Q2 = 1,05*0,56*3977,375*(80 - 25)=128628,3075 Вт

Отже, якщо знехтувати витратами в навколишнє середовище, то можна знайти витрати гарячого теплоносія, в нашому випадку гарячої води, Gв з рівняння теплового балансу

Gв=

Gв= кг/с

 

4. Розраховуємо внутрішній діаметр теплообмінника:

Приймаємо швидкість руху рідини, що нагрівається (соку)  ωс = 1 м/с

де ρ – густина рідини, що охолоджується, кг/м3,

ω – швидкість рідини, що рухається, м/с

 м

За стандартом приймаємо dB = 0,032 м

Визначаємо зовнішній діаметр теплообмінника:

ωв – швидкість гріючої води, м/с, ωв=1,5

, де ρв – густина води, кг/м3.

dН = dВ + 2·δ, де δст – товщина стінки теплообмінника, δ = 0,0035 м

dН = 0,032 + 2·0,0035 = 0,039 м

 м

За стандартом приймаємо D=0,07м

5. Розраховуємо критерій Рейнольда:

де μ – коефіцієнт динамічної в’язкості, Па с.

Для соку:

Для води:

Dекв=D-dн=0,07-0,039=0,031м    [9]

6. Розраховуємо критерій Нуссельта:

Приймемо , тоді:

Критерій Nu для соку:

Критерій Nu для води:

 [1]     

7. За знайденою величиною визначаємо коефіцієнти тепловіддачі

α1, α2 – коефіцієнти тепловіддачі відповідно для гарячого і холодного носія, Вт/(м2 К)

Для води:

 Вт/(м2 К)

Для соку:

 Вт/(м2 К)

8. Визначаємо загальний коефіцієнт теплопередачі К0

де δ – товщина стінки, яка дорівнює 0,0035 м.

Матеріал приймаємо нержавіючу сталь, теплопровідність якої 17,5 Вт/(м·К)

 Вт/(м2 К)

Коефіцієнт використання поверхні нагріву φ=0,7

К = К0·φ = 1890,359·0,7 = 1323,25 Вт/(м2 К)

9. Визначаємо площу поверхні теплообмінника за формулою:

=∆tc·ε∆t

ε∆t – знаходимо із відповідних графіків для різних схем руху теплоносіїв, ε∆t=0,93

=9,102·0,93=8,4650С

 м2

Конструктивний розрахунок

1. Розраховуємо внутрішній діаметр теплообмінника:

де ρ – густина рідини, що охолоджується, кг/м3,

ω – швидкість соку, що рухається, м/с

 м

За стандартом приймаємо dB = 0,032 м

2. Визначаємо зовнішній діаметр теплообмінника:

, де ρв – густина води, кг/м3.

dН = dВ + 2·δ, де δ – товщина стінки теплообмінника, δ = 0,0035 м

dН = 0,032 + 2·0,0035 = 0,039 м

 м

За стандартом приймаємо D=0,07м

3. Загальна довжина труби:

    [1]     

 м

4. Кількість елементів теплообмінника

де l1 – довжина труби одного змійовика, яка лежить в межах 3…6 м.

 шт

З точки зору доцільності візьмемо к-ть елементів в розмірі 24 штук.

5. Діаметр патрубків для входу і виходу продукту, який нагрівається

 м

Отриманий діаметр округлюємо по стандарту до 0,032 м.

6. Діаметр для патрубків для входу і виходу води

 м

В зв’язку з тим, що розраховане нами значення не підходить нам з конструктивних міркувань, приймемо діаметр патрубків для входу і виходу води рівними =0,035м.

Гідравлічний розрахунок.

1. Потужність, потрібну для переміщування продукту через апарат, Вт, визначають за допомогою рівняння:

де η – ККД насоса, (η = 0,4…0,8). Приймаємо рівним 0,7.

Гідравлічний опір апарата складається з опору тертя і місцевих опорів. Отже, повний гідравлічний опір визначається за формулою:

де λ – коефіцієнт гідравлічного тертя для ізотермічного турбулентного руху в гладеньких трубах.

Приймемо абсолютну шорсткість за Δ=0,06 мм, як для нових стальних труб.

Re=48469,37

Reгл=

Reкв=

Reгл<Re<Reкв

З отриманої нами нерівності робимо висновок, що для розрахунку

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
272 Kb
Скачали:
0