| Назва: | Проект змієвикового теплообміінника для охолодження цукрового розчину |
| Тип: | Реферати |
| Мова: | Українська |
| Розмiр: | 93,54 KB |
| Скачувань: | 18 |
де Δt , Δt - різниці температур між теплоносіями на кінцях теплообмінника;
Δt = t΄р– ; Δt = – ; (3.1.3.)
Δt =45-41 = 4˚С;
Δt =21-19 = 2˚С.
Δt = =2,9˚С;
Середня температура рідини, яку охолоджують:
t =0,5*( t΄с + ) = 0,5*(45+21) = 33˚С
При середній температурі t визначаємо теплофізичні параметри розчину): [2, Д.1-4]
в’язкість =2,84*10-3Па*с;
густину цукрового розчину визначаємо за формулою:
; кг/м³ (3.1.4.)
= 1144 кг/м³;
СР = 33,0%;
t = 33 ˚С;
= 1144-(0,4+0,0025*33,0)(33-20) =1137,7кг/м³.
Теплоємність с = 4190-(2520-7,5* t )* ; (3.1.5.)
с = 4190-(2520-7,5*33)* = 3440,1 Дж/кг*К
коефіцієнт теплопровідності рідини:
; (3.1.6.)
де - теплопровідність води при заданій температурі tв =(19+41)/2 = 30˚С , Вт/(м*К);
= 0,622 Вт/(м*К). [2,табл.Д10]
- коефіцієнт, визначаємо[2,табл.Д3] методом інтерполяції при
СР = 33%
= = 0,817
= 0,817*0,622*(1-556*10 *33,0)= 0,414 Вт/(м*К)
Pr = = = 23,6 (3.1.7.)
Теплове навантаження з урахуванням теплових витрат:
Q = x*G с *c с *(t΄с - ); Вт (3.1.8.)
де х – коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище;
х = 0,95 0,97
приймаємо х = 0,95
G – витрата розчину, кг/с;
G = 1800 кг/год = 0,5кг/с;
с – теплоємність цукрового розчину, Дж/(кг*К); визначили з формули (3.1.5.)
с = 3440,1Дж/(кг*К)
Q = 0,95*0,5*3440,1*(45-21) =39217,14Дж/с
Витрата охолодної води, кг/с:
(3.1.9.)
де G - маса розчину, кг/с;
св, ср - питомі теплоємності відповідно охолодної води і цукрового розчину, кДж/(кг*К);
t΄в, - початкові температури відповідно охолодної води і цукрового розчину, ˚С;
, – кінцеві температури відповідно охолодної води і цукрового розчину, ˚С;
G = =0,48 кг/с;
Загальний коефіцієнт теплопередачі визначаємо за формулою:
К = ; (3.1.10.)
де - коефіцієнт тепловіддачі від води до стінки, Вт/(м²*К);
- товщина стінки, м;
- теплопровідність стінки, Вт/(м*К);
Приймаємо , що матеріал трубок – сталь ;
= 46 Вт/(м*К);
- коефіцієнт тепловіддачі від стінки до рідини, Вт/(м²*К);
Коефіцієнт тепловіддачі визначається залежно від режиму руху цукрового розчину.
Визначимо критерій Рейнольдса, який характеризує гідродинамічний режим руху розчину, за формулою:
Re = ; (3.1.11.)
де dв – діаметр трубок; d = 0,03м.
Приймаємо швидкість руху цукрового розчину 0,6м/с:
Re1= =7210
Оскільки 2320
Nu =0,008*Re *Pr *( ) ; (3.1.12.)
Поправка, що враховує напрямок теплового потоку ( ) мало відрізняється від одиниці. Тому вважаємо , що ( ) =1
Nu 1= 0,008*7210 *23,6 *1 = 0,008*2965,8*3,89 = 92,3
За знайденою величиною Nu 1:
= ; (3.1.13.)
де d - визначальний геометричний розмір – внутрішній діаметр трубки, м;
d =30мм = 0,03 м.
- коефіцієнт теплопровідності;
= 0,414 Вт/(м*К)
= = 1273,7Вт/(м²*К)
Обчислимо значення коефіцієнта тепловіддачі за формулою:
Re = ;
Параметри води при температурі 0,5*(19+41) = 30˚С
= 804*10-6 Па*с; динамічна в’язкість води; [2, ст 59]
= 996 кг/м3; густина води.
Pr = 5,42
- коефіцієнт теплопровідності води; =0,618Вт/(м*К)
- швидкість руху води, приймаємо 1 м/с.
d – еквівалентний діаметр
Re = =37164
критерій Nu знайдемо з формули:
Nu = 0,021Re0,8 *Pr0,43( )0,25
Nu = 0,021*371640,8*5,420,43*1 =0,021*4529,9*2,08 = 197,9
= =4076,74 Вт/(м²*К)
Визначимо коефіцієнт теплопередачі:
К = =941Вт/(м²*К)
Площу поверхні нагрівання теплообмінника визначаємо за формулою:
F = ; (3.1.14.)
F = =14,37м²
3.2. Конструктивний розрахунок
Приймаючи діаметр витка змійовика d з і відстань між витками по вертикалі h, знаходимо довжину одного витка змійовика як гвинтової лінії по формулі:
(3.2.1)
Значенням h можна знехтувати, оскільки звичайно його приймають рівним 1,5-2 діаметрам труби змійовика.
d з = 1,2м
= 2,6м
загальна довжина змійовика
(3.2.2.)
= 152,5 м
Число витків змійовика
(3.2.3)
= 58,6 = 59
Загальна висота
(3.2.4)
2,93 м = 3м
Внутрішній діаметр D корпуса теплообмінника, в який поглинається змійовик, приймаємо в межах:
= 1,2+3,5*0,033 = 1,31 = 1,4м
Діаметр патрубків визначаємо за рівнянням об’ємних витрат, м³/с:
V = = ; (3.2.5.)
звідки d = 1,13* ; м (3.2.6)
За формулою 3.2.6 визначаємо розміри патрубків для робочих середовищ, при їх параметрах, вказаних в таблиці 3.2.1.
Таблиця 3.2.1.
Середовище w , м/с
, кг/м³
G , кг/с
Цукровий розчин 0,6 1137,7 0,5
Охолодна вода 1,0 996 0,48
Діаметр патрубка для входу цукрового розчину в апарат:
d = 1,13* = 0,03м
приймаємо d = 0,032 м
Діаметр патрубка для входу охолодної води:
d = 1,13* = 0,024 м
приймаємо d = 0,032 м
Діаметр патрубку для виходу розчину і води приймаємо такий самий як і для входу.
Δt = t΄р– ; Δt = – ; (3.1.3.)
Δt =45-41 = 4˚С;
Δt =21-19 = 2˚С.
Δt = =2,9˚С;
Середня температура рідини, яку охолоджують:
t =0,5*( t΄с + ) = 0,5*(45+21) = 33˚С
При середній температурі t визначаємо теплофізичні параметри розчину): [2, Д.1-4]
в’язкість =2,84*10-3Па*с;
густину цукрового розчину визначаємо за формулою:
; кг/м³ (3.1.4.)
= 1144 кг/м³;
СР = 33,0%;
t = 33 ˚С;
= 1144-(0,4+0,0025*33,0)(33-20) =1137,7кг/м³.
Теплоємність с = 4190-(2520-7,5* t )* ; (3.1.5.)
с = 4190-(2520-7,5*33)* = 3440,1 Дж/кг*К
коефіцієнт теплопровідності рідини:
; (3.1.6.)
де - теплопровідність води при заданій температурі tв =(19+41)/2 = 30˚С , Вт/(м*К);
= 0,622 Вт/(м*К). [2,табл.Д10]
- коефіцієнт, визначаємо[2,табл.Д3] методом інтерполяції при
СР = 33%
= = 0,817
= 0,817*0,622*(1-556*10 *33,0)= 0,414 Вт/(м*К)
Pr = = = 23,6 (3.1.7.)
Теплове навантаження з урахуванням теплових витрат:
Q = x*G с *c с *(t΄с - ); Вт (3.1.8.)
де х – коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище;
х = 0,95 0,97
приймаємо х = 0,95
G – витрата розчину, кг/с;
G = 1800 кг/год = 0,5кг/с;
с – теплоємність цукрового розчину, Дж/(кг*К); визначили з формули (3.1.5.)
с = 3440,1Дж/(кг*К)
Q = 0,95*0,5*3440,1*(45-21) =39217,14Дж/с
Витрата охолодної води, кг/с:
(3.1.9.)
де G - маса розчину, кг/с;
св, ср - питомі теплоємності відповідно охолодної води і цукрового розчину, кДж/(кг*К);
t΄в, - початкові температури відповідно охолодної води і цукрового розчину, ˚С;
, – кінцеві температури відповідно охолодної води і цукрового розчину, ˚С;
G = =0,48 кг/с;
Загальний коефіцієнт теплопередачі визначаємо за формулою:
К = ; (3.1.10.)
де - коефіцієнт тепловіддачі від води до стінки, Вт/(м²*К);
- товщина стінки, м;
- теплопровідність стінки, Вт/(м*К);
Приймаємо , що матеріал трубок – сталь ;
= 46 Вт/(м*К);
- коефіцієнт тепловіддачі від стінки до рідини, Вт/(м²*К);
Коефіцієнт тепловіддачі визначається залежно від режиму руху цукрового розчину.
Визначимо критерій Рейнольдса, який характеризує гідродинамічний режим руху розчину, за формулою:
Re = ; (3.1.11.)
де dв – діаметр трубок; d = 0,03м.
Приймаємо швидкість руху цукрового розчину 0,6м/с:
Re1= =7210
Оскільки 2320
Nu =0,008*Re *Pr *( ) ; (3.1.12.)
Поправка, що враховує напрямок теплового потоку ( ) мало відрізняється від одиниці. Тому вважаємо , що ( ) =1
Nu 1= 0,008*7210 *23,6 *1 = 0,008*2965,8*3,89 = 92,3
За знайденою величиною Nu 1:
= ; (3.1.13.)
де d - визначальний геометричний розмір – внутрішній діаметр трубки, м;
d =30мм = 0,03 м.
- коефіцієнт теплопровідності;
= 0,414 Вт/(м*К)
= = 1273,7Вт/(м²*К)
Обчислимо значення коефіцієнта тепловіддачі за формулою:
Re = ;
Параметри води при температурі 0,5*(19+41) = 30˚С
= 804*10-6 Па*с; динамічна в’язкість води; [2, ст 59]
= 996 кг/м3; густина води.
Pr = 5,42
- коефіцієнт теплопровідності води; =0,618Вт/(м*К)
- швидкість руху води, приймаємо 1 м/с.
d – еквівалентний діаметр
Re = =37164
критерій Nu знайдемо з формули:
Nu = 0,021Re0,8 *Pr0,43( )0,25
Nu = 0,021*371640,8*5,420,43*1 =0,021*4529,9*2,08 = 197,9
= =4076,74 Вт/(м²*К)
Визначимо коефіцієнт теплопередачі:
К = =941Вт/(м²*К)
Площу поверхні нагрівання теплообмінника визначаємо за формулою:
F = ; (3.1.14.)
F = =14,37м²
3.2. Конструктивний розрахунок
Приймаючи діаметр витка змійовика d з і відстань між витками по вертикалі h, знаходимо довжину одного витка змійовика як гвинтової лінії по формулі:
(3.2.1)
Значенням h можна знехтувати, оскільки звичайно його приймають рівним 1,5-2 діаметрам труби змійовика.
d з = 1,2м
= 2,6м
загальна довжина змійовика
(3.2.2.)
= 152,5 м
Число витків змійовика
(3.2.3)
= 58,6 = 59
Загальна висота
(3.2.4)
2,93 м = 3м
Внутрішній діаметр D корпуса теплообмінника, в який поглинається змійовик, приймаємо в межах:
= 1,2+3,5*0,033 = 1,31 = 1,4м
Діаметр патрубків визначаємо за рівнянням об’ємних витрат, м³/с:
V = = ; (3.2.5.)
звідки d = 1,13* ; м (3.2.6)
За формулою 3.2.6 визначаємо розміри патрубків для робочих середовищ, при їх параметрах, вказаних в таблиці 3.2.1.
Таблиця 3.2.1.
Середовище w , м/с
, кг/м³
G , кг/с
Цукровий розчин 0,6 1137,7 0,5
Охолодна вода 1,0 996 0,48
Діаметр патрубка для входу цукрового розчину в апарат:
d = 1,13* = 0,03м
приймаємо d = 0,032 м
Діаметр патрубка для входу охолодної води:
d = 1,13* = 0,024 м
приймаємо d = 0,032 м
Діаметр патрубку для виходу розчину і води приймаємо такий самий як і для входу.