Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Вначале на первом этапе  принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор. и рассчитываем ориентировочное значение теплопередающей поверхности Fор. По уравнению (2) . После этого по ориентировочному значению теплопередающей поверхности подбираем по табличным данным нормализированный вариант конструкции теплообменного аппарата, а затем проводим уточнённый расчёт коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи и требуемой поверхности          ( Fрасч. ).

 

Примем  Кор. =300 Вт/м²град.       [ 2 ]

По уравнению (2 ) рассчитаем ориентировочную поверхность теплообмена:

 

                                                    716310,45

Fор. = ──────── = 41 м²

                                                     300 · 58

Рассчитав Fор. Подбираем по каталогам нормализированные варианты теплообменных аппаратов.

Для каждого из аппаратов рассчитываем критерий Рейнольдса [1]:

 

Re = ω · dэ · ρ / μ (7)

где                            ω – линейная скорость потока м/с ,

                             Dэ – диаметр эквивалентный  м ,

                             ρ – плотность вещества  кг/м³ ,

                             μ – вязкость вещества  Па/с   

 

Скорость рассчитываем по формуле:

ω = М / ρ·S       (8)

где                       М – массовый расход теплоносителя кг/с ,

                                ρ – плотность вещества кг/м³ ,

                            S – площадь сечения одного хода по трубам м² ,

 

Таблица 2 Параметры кожухотрубчатых теплообменников и холодильников в соответствии с ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79    [ 2 ]

№     №	Дк. мм	Дтруб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт.	Поверхность теплообмена (м²) при длине труб,м (рассчитана по наружному диаметру труб)		Площадь самого узкого сечения потока в межтрубном пространстве м²	Площадь сечения одного хода по трубам, м²	ω	Re
					2	4
11	400	20х2	1	181		46	0,017	0,036	0,05	953,89
22	400	20х2	2	166		42	0,017	0,017	0,106	2021,18
33	600	20х2	4	334	42		0,041	0,016	0,113	2149,11
44	600	20х2	6	316	40		0,037	0,009	0,2010	3819,38
55	600	25х2	1	257	40		0,040	0,089	0,0203	506,28

 

Выбираем теплообменник №4, так как у него значение Рейнольдса наибольшее и равно 3819,38. Режим переходный 2300<Re<10000.

Метод и уравнение для расчёта коэффициентов теплоотдачи определяются, главным образом, характером теплообмена, условиями гидродинамического взаимодействия теплоносителя с поверхностью теплообмена и конструкцией теплообменного аппарата.

Теплоотдача при плёночной конденсации насыщенного пара на наружной поверхности пучка вертикальных труб рассчитывается по уравнению [1]:

                                            _________________

                  α^г  = 3,78 · λ · ³√ ρ² ·N · dн / μ ·G^г                         (9)

 

                                       

где                α - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²К ,

                      λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя

                            при определяющей температуре, Вт/мК ,

                      μ – вязкость теплоносителя при определяющей температуре                   Па*с,

                      ρ – плотность вещества, кг/м³ ,

                      λ, μ, ρ – для плёнки конденсата,

                      N – количество трубок в кожухотрубчатом теплообменнике,

                      dнар. – наружный диаметр трубок в теплообменнике, м,

                      G^г – расход горячего теплоносителя, кг/с,

 

λ см = λ2 ( х₂ ) + λ₁ ( 1-х₂ ) – 0,72 ( λ₂ - λ ₁) · х₂ ( 1 – х₂ ) (10)

λ⁸⁹_бензол=0,1283 Вт/м ч град,                                                

 λ⁸⁹_толуол=0,1214 Вт/м ч град , [1]

 

λсм = 0,1283 · 0,78 + 0,1214 (1- 0,78) – 0,72 (0,1283 – 0,1214) · 0,78 (1 – 0,78)      =  0,1259215 Вт/ мК

                

ρ⁸⁹_б = 797,4 кг/м³ ;                              ρ⁸⁹_{т =}792 кг/м³                [ 1 ]

1           хб               хт

     ────   = ───── + ─────      (11)

ρсм             ρб           ρ

 

      1           0,78           0,22

────  =  ──── + ─────

ρсм        797,4        792

 

ρсм = 796.812   кг/м³

 

lgμсм = х₁  lgμ₁ + x₂ lgμ₂   (12)

х₁ , x₂ –мольные доли компонента в смеси кмоль комп. / кмоль см ,

μ⁸⁹_{бензола} = 0,000294  Па с; μ⁸⁹_{толуола} = 0,0002998 Па с [ 1 ]

 

lgμсм = 0.92 · lg0.000294 + 0.08 · lg0.0002998 = 0.275 · 10^-3 Па*с

 

                                                    6500

G^г  = ──── = 1,8 кг/с

                                                     3600

По формуле ( 9 ) найдём коэффициент теплоотдачи:

                                       _________________________________

α_конд^верт = 3,78 · 0,1259  · ³√ (796)² · 316 · 0,020 / 0,2750 ·10^-3 · 1,80

 

α_конд^верт = 954,54 Вт/м²

 

 

Для нахождения коэффициента теплоотдачи холодного теплоносителя воспользуемся формулой:

Nu · λ

α^х = ─────── (13)

d_э

где           Nu – критерий Нуссельта,

                  λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя при определяющей температуре Вт/ мК ,

                 d_э  - внутренний диаметр трубок в теплообменнике м,

 

Переходное течение жидкости в прямых трубах и каналах рассчитывается по формуле [1]:

Nu = 0.008 Re^0.9 · Pr^0.43   (14)

                                                    Cp ·μ

Pr = ────── (15)

                                                                 λ

Cp³¹_вода  = 4183,5 Дж/кг град ,                 [1]

μ³¹_вода =0,840·10^-3 Па*с,                         [1]

  λ³¹_вода = 0.61813   Вт/ мК,                          [1]

 

 

                                          4183,5·0,840·10^-3

Pr = ───────────── = 5.6851

                                                 0.61813

 

 

Nu = 0.008 (3819.38)^0.9 · (5.6851)^0.43 = 28.27

По формуле (13) найдём коэффициент теплоотдачи :

 

                                      28,27 · 0,633

α^х = ───────── = 1118,43  Вт/м²К

                                          0,0016

Коэффициент теплопередачи рассчитывается с помощью уравнения аддитивности термических сопротивлений с учётом наличия загрязнений по обе стороне теплопередающей стенки [1]:

                          1            1        δ_ст                                         1

─── = ──── + ─── + r_зг + r_зх + ──── (16)

                         К         α^г            λ_ст                                              α^х

δ_ст = 0,002 м                                 [2]

λ_ст  = 17.5 Вт/мК                          [1]

r_зг = 1900 Вт/м²К                         [2]

r_зх = 5800 Вт/м²К                        [2]

 

   1    1        0,002   1      1            1

─── = ─── + ───── + ─── + ─── + ───── = 0,00275341 Вт/м²град

 К   954,54 17,5   5800 1900  1118,43

                                

                                Красч.  = 363 Вт/м²град

 

По формуле (2) найдём расчётную поверхность:

 

716310,45

Fрасч. = ──────── = 34 м²

363 · 58

 

Далее проводим сопоставление выбранного варианта нормализированного теплообменника с расчётным по величине коэффициента запаса В:

 

                                             Fст. – Fрасч.    

                                  В = ──────── · 100 % (17)

                                                    Fст  

   41 - 34

В = ──────· 100 % = 17 %

      41                                 

Допускается, как правило, превышение стандартной поверхности нормализованного теплообменника над расчётной не более чем 20 %.

 

РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Целью расчёта тепловой изоляции является определение необходимой толщины слоя теплоизоляционного материала, покрывающего наружную поверхность теплообменника с целью снижения тепловых потерь и обеспечения требований безопасности и охраны труда при обслуживании теплоиспользующих установок. Температура поверхности слоя изоляции не должна превышать 45°С.

Расчёт толщины теплоизоляционного слоя материала проводят по упрощённой схеме, используя следующие уравнения [1]:

 

Qп = αн · F(tиз. – tокр. )        (17)

                                                 λиз.

Qиз =. ──── · F( tст. – tиз. ) (18)

                                                 δиз.

Так как Qп = Qиз , то из этого следует :

                                                   λиз. ( tст. – tиз. )

                                       δиз. = ─────────     (19)

                                                    αн (tиз. – tокр. )

где    α – коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, Вт/м²К,

          δиз. – толщина материала изоляции,  мм,

           λиз. – коэффициент теплопроводности материала изоляции, Вт/мК,

           tст., tокр. , tиз. – соответственно температуры наружной стенки аппарата, окружающей среды, наружной поверхности теплоизоляционного материала  °С,  

Коэффициент теплоотдачи, который определяет суммарную скорость переноса теплоты конвекций и тепловым излучением для аппаратов, находящихся в закрытых помещениях, при температуре до 150°С можно рассчитать по приближённому уравнению:

αн  = 9,74 + 0,07∆t                                (20)

Выбираем теплоизоляционный материал – стеклянная вата.

Задаём температуры:

Tст = 89°С

Tокр = 25°С

   tиз.  = 40°С

 λиз.  = 0,05  Вт/мК [1]

 

Рассчитываем значение коэффициента теплоотдачи :

                                ∆t = tиз - tокр.  = 40° - 25° = 15°С

                               αн = 9,74 + 0,07 * 15°С = 10,79

 

По уравнению (19) найдём толщину материала изоляции:

                                 0,045 (89 – 40)                  

                      δиз. =   ───────── = 13,3 мм

                                 10,79 ( 40-25 )