1   2   3   4
Ім'я файлу: теплообмінник типу труба в трубі.docx
Розширення: docx
Розмір: 2935кб.
Дата: 23.06.2022
скачати

Технічна характеристика


Показники
Внутрішня труба
Зовнішня труба

Середовище
Найменування
Культуральна рідина для лізину на основі бурякової меляси
Вода

Токсичність
Нетоксична
Нетоксична

Вибухонебезпечність
Вибухобезпечна
Вибухобезпечна

Агресивність
Неагресивна
Неагресивна

Температура, °С
Початкова
120
Початкова
15

Кінцева
60
Кінцева
23

Робочий тиск, МПа
0,6 МПа

Площа поверхні теплообміну, м2
6,45

Габаритні розміри, мм:
- довжина секції

- діаметр теплообмінних труб

- діаметр кожухових труб

- товщина стінки

- марка сталі

-3000

- 48x4

- 76x4

-4

-12Х18Н10Т

Маса, кг
1420




24

Технологічні розрахунки


Мета: визначення необхідної поверхні теплопередачі, знаходження потрібної кількості секцій.


25
Вихідні дані

Показник
Одиниці вимірювання
Значення

Температура розчину меляси, початкова
°С
120

Температура розчину меляси, кінцева
°С
60

Масові витрати
кг/с
1,94

Густина розчину меляси при 90°С [12]
кг/м3
1050,4

Середня питома теплоємність розчину меляси при 90°С [12]
Дж/(кг·К)
3800

Динамічна вязкість розчину меляси при 90°С [12]
Па·с
0,787·10-3

Коєфіцієнт теплопровідності розчину меляси при 90°С [12]
Вт/(м·К)
0,56

Коефіцієнт Прандтля меляси при 90°С [12]



5,34

Кінематична в’язкість меляси при 90°С [12]
м2/с
0,75·10-6

Діаметр труб

d2\d1

D

δст

Довжина секції
мм

48\40

76

4

3000

Матеріал труби- нержавіюча сталь



12Х18Н10Т

Коєфіцієнт теплопровідності матеріалу труби
Вт/(м·К)
16

Температур гріючої води, початкова
°С
15

Температура гріючої води кінцева
°С
23

Густина води при 19°С
кг/м3
998,2

Теплоємність води при 19°С
Дж/(кг·К)
4190

Динамічна в’язкість води при 19°С
Па·с
1031·10-6

Коефіцієнт теплопровідності води при 19°С
Вт/(м·К)
0,5966

Коефіцієнт Прандтля води при 19°С



7,27

Кінематична в’язкість води при 19°С
м2/с
10,4·10-7

1) Визначимо середні температури теплоносіїв та середню різницю температур в установці:

tсер. меляси= °С

tсер Н20= = 19 °С

Δtмеляси= 120-60= 60 °С


26
Δtб= 97 °С; Δtм= 45 °С;

Δtб/Δtм більше 2, тоді:

Δtсер= = 67,7 °С

2) Знайдемо теплове навантаження апарату через рівняння теплового балансу. Втрати теплоти у зовнішнє середовище приймаємо 2%.

Рівняння теплового балансу:

Q1=1,02·Q2,

де Q1 – кількість тепла, що переходить від меляси до води і до зовнішнього середовища, Вт; Q2 –кількість тепла, що отримала вода, Вт.

Кількість теплоти, що втрачає меляса:

Q1= G·c·(tп– tк)=1,94·3800·(120 – 60) = 442 320 Вт.

Якщо втрати тепла у навколишнє середовище дорівнюють 2%, то:

Q2= Q1/1,02= 442 320 /1,02 = 433 647,1 Вт.

Звідси визначимо масову витрату води на охолодження меляси:



3) Розрахунок коефіцієнту тепловіддачі зі сторони меляси

Внутрішній діаметр:



Знаходимо швидкість руху меляси:




27
Визначаємо режим руху меляси:



де w1 – швидкість руху розчину меляси в трубах, м/с; d1 – діаметр труби, м; ν –кінематична в’язкість розчину меляси, м2/с.

Значення Re>10 000, отже режим турбулентний.

При турбулентному русі рідини в круглих трубах критеріальне рівняння теплообміну має такий вигляд:



де Pr = c·μ / λ – критерій Прандтля.

Знайдемо коефіцієнт тепловіддачі .



Тоді:



4) Розрахунок коефіцієнту тепловіддачі зі сторони води:

Спочатку визначимо S кільцевого каналу.

м2.

Швидкість води визначимо по формулі:




28
Визначимо критерій Рейнольдса у міжтрубному просторі (в кільцевому каналі):





При русі в міжтрубному просторі користуються таким критеріальним рівнянням:

Nu = 0,023·Re0,8·Pr0,4 = 0,023·( )0,8· (7,27)0,4· = 1016,7.

Коефіцієнт тепловіддачі зі сторони води:



Тоді:

(м2 К)/Вт.

5) Знаходимо коефіцієнт теплопередачі через стінку теплообмінника за формулою:



де δ – товщина стінки, м; λст –коефіцієнт теплопровідності стінки, Вт/(м·К).

Для даного теплообмінника обрана сталь марки 12Х18Н10Т, для неї λст =16 Вт/(м·К).

Підставивши раніше вирахувані величини:



6) Визначимо площу поверхні нагрівання з основного рівняння теплопередачі:




29
7) Визначимо необхідну кількість секцій:



dсер= .

шт.

Отже, нам необхідно побудувати теплообмінник з 16 секцій.

Щоб рідини переміщувалися в трубах теплообмінника, потрібно підібрати насос, який буде володіти достатньою потужністю, щоб подолати гідравлічний опір трубопроводу. Оскільки у нас є дві порожнини, наповнені різними теплоносіями, нам потрібно розрахувати гідравлічний опір двох труб і підібрати два насоса.

Гідравлічний розрахунок

Гідравлічний опір трубного простору складається з опору тертя, який пропорційний довжині труб, та місцевих опорів.

Абсолютна шорсткість сталевого трубопроводу:

. [13]

Визначення гідравлічного опору трубного простору

Місцеві опори трубних просторів:

  1. Вхід в трубу (приймаємо з гострими краями):

  2. Виход з труби

  3. Поворот трубного простору через калач (180°) [14]

Для визначення гідравлічного опору трубного простору необхідно обчислити коефіцієнт тертя λт. Задана середня абсолютна шорсткість труб Δ = 1∙ 10-4 м. Відносна шорсткість розраховується за формулою:




30
Коефіцієнт тертя λт визначимо за формулою [14]:

= 0,25 = 0,027.

Визначимо приблизну довжину шляху розчину меляси у апараті.

= 0,5 ∙0,13= 0,2041 м,

де Lc – довжина секції (3000 мм),

n –число секцій,

h – відстань між осями секцій (за ТУ 3612-014-00220302-99 становить 0,13 м)

Lк – довжина калача, яку можна прийняти відповідно до формули.

Таким чином:

= 16∙3+15∙0,2041= 51 м.

Втрати тиску на підйом рідини розрахуємо за формулою [14]:

= 1050,4∙9,81∙3,19 = 32 871 Па,

де Нто – висота теплообмінника, яку приймемо відповідно до :

Hmo= 24∙h+ Dзовн= 24∙0,13 + 0,072 = 3,19 м.

Для визначення гідравлічного опору на тертя трубного простору скористаємося формулою:

= 0,027∙ Па.

Загальний гідравлічний опір трубного простору відповідно до:

= 32 871+ = 58 901,21 Па.
Визначення гідравлічного опору міжтрубного простору

Коефіцієнти місцевих опорів потоку, який рухається у міжтрубному просторі :

1) Вхід в трубу ξ1= 1,5;

2) Вихід з труби ξ2= 1,0;

31

3) Вхід в міжтрубний простір з поворотом на 90° ξ3 = 1,5;

4) Вихід з міжтрубного простору з поворотом на 90° ξ4 = 1,0. [14]

Для визначення гідравлічного опору міжтрубного простору необхідно обчислити коефіцієнт тертя λт . Задана середня абсолютна шорсткість труб Δ = 1∙ 10-4 м. Відносна шорсткість відповідно до формули:
=
Коефіцієнт тертя λт визначимо за формулою:

= 0,25 = 0,0296,

Загальна довжина шляху води в апараті за формулою:

= 16∙3+ 16∙0,076 = 49 м,

де Lп – довжина патрубка, приймемо приблизну довжину рівну зовнішньому діаметру зовнішньої трубі (≈0,076 м).

Втрати тиску на тертя в міжтрубному просторі:

=

= 0,0296 ∙ Па.

Втрати тиску на підйом води за:

= 998,2∙9,81∙3,19= 31 237,57 Па.

Загальний гідравлічний опір міжтрубного простору визначаємо як суму втрат на тертя і на підйом відповідно до:

= = 3142808,6 Па.


32
Тепер, коли в нас є гідравлічні опори, ми можемо розрахувати потужності насосів і підібрати насоси.

Потужність (реальна) насосу N визначається за формулою:

N = ,

де η- значення ККД насосу, примемо його η = 0,75 для трубного простору і η= 0,8 для міжтрубного.

Тоді, для трубного простору:

N = = 0,103 кВт.

Для міжтрубного простору:

N = = 51 кВт.


33


1   2   3   4

скачати

© Усі права захищені
написати до нас