Задание

Рассчитать и подобрать нормализованный спиральный теплообменник для охлаждения G кг/ч, ч рабочей среды от Т_н до Т_к. Охлаждающий агент – вода (начальную и конечную температуры хладагента выбрать в соответствии с исходными данными (таб. 1)).

Таблица 1 – Исходные данные

Рабочая среда	Назначение и тип агрегата			Расход G, кг/ч	Температура
					Тн, °С	Тк, °С
8 Этанол	Холодильник	Спиральный	14700		65	32

Решение

1. Более предпочтительным направлением теплоносителей является противоток. Для противотока схема потоков имеет вид [1]:

t_1н → t_1к

← .

где t_1н, t_2н – начальная температура горячего (первого) и холодного

(второго) теплоносителей, ºС;

t_1к, t_2к – конечная температура горячего и холодного теплоносителей, ºС;

∆t_б и ∆t_м – большая и меньшая разности температур на концах теплообменника, ºС.

Принимаем температуру охлаждающего агента – воды на входе аппарата t_2н = 20 ºС, а на выходе t_2к = 40 ºС.

Тогда большая и меньшая разности температур:

∆t_б = 65 – 40 = 25 ºС.

∆t_м = 32 – 20 = 12 ºС.

2. Определяем среднюю движущую силу.

Так как отношение = = 2,08 ≥ 2, то средняя разность ∆t_ср определяется по формуле [2]:

∆t_ср = . (1.1)

∆t_ср = = 17,7 ºС.

3. Рассчитаем средние температуры теплоносителей:

1) средняя температура первого теплоносителя t_ср1, имеющего меньшую разность температур, определится по уравнению [2]:

---

t_ср1 = ; (1.2)

2) для второго теплоносителя средняя температура t_ср2 находится по уравнению:

t_ср2 = t_ср1 ± Δt_ср. (1.3)

Принимаем температуру охлаждающей воды на входе аппарата t_2н = 20 ºС, а температуру охлаждающей воды на выходе t_2к = 40 ºС. Тогда:

– средняя температура t_ср1:

t_ср1 = = 30 ºС;

– средняя температура t_ср2:

t_ср2 = 30 + 17,7 = 47,7 ≈ 50 ºС.

4. Для дальнейшего расчета данные физических параметров принимаем для воды и этанола по табличным данным [3].

Данные впишем в таблицу (таб. 2).

Таблица 2 – Физические характеристики теплоносителей

Физические величины	Для этанола при tcp2 = 50 ºС	Для воды при tср1 = 30 ºС
Плотность, кг/м3	p = 763,3	p = 996
Коэффициент динамической вязкости, Па·с	µ·106 = 694,0	µ·106 = 801,5
Теплоемкость, кДж/(кг·ºС)	С = 2,677	С = 4,174
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·ºС)	λ = 0,162	λ = 0,618
Критерий Прандтля для среды Pr =	Pr = 8,75	Pr = 5,42

5. Расчет тепловой нагрузки q_t проводится по теплоносителю, по которому даны необходимые параметры (расход теплоносителя, значения начальной и конечной температур), для второго теплоносителя неизвестной величиной является расход теплоносителя.

Принимаем индекс «1» – для горячего теплоносителя, индекс «2» – для холодного теплоносителя.

Уравнение теплового баланса для сред:

а) без изменения агрегатного состояния с учетом 3% тепловых потерь имеет вид [2]:

q_t = q_m1 · C₁· (t_1н – t_1к) · 1,03 = q_m2 · C₂ · (t_2к – t_2н), (1.4)

где q_m1, q_m2 – массовые расходы горячего и холодного теплоносителей, кг/с;

C₁, C₂ – удельная теплоемкость горячего и холодного теплоносителей при t_ср1 и t_ср2, кДж/(кг·ºС).

б) с изменением агрегатного состояния [2]:

---

q_t = D · r = q_m2 · C₂ · (t_2к – t_2н), (1.5)

где D – массовый расход паровой фазы, кг/с;

r – теплота парообразования, Дж/кг; выбирается по справочным данным [3].

Массовый расход этанола:

q_m1 = = 4,08 кг/с.

q_t = 4,08 · 2,677· (65 – 32) · 1,03 = 371,24 кВт.

6. Определяем расход второго теплоносителя [2]:

q_m2 = . (1.6)

q_m2 = = 4,45 кг/с.

7. Проведем предварительный расчет теплообменного аппарата.

Принимаем предварительно значение коэффициента теплопередачи, учитывая, что эффективность спиральных теплообменников достаточно высока примем K_ор = 300 Вт/(м²·ºС) [2].

Определим ориентировочную поверхность теплообмена [2]:

F_op = , (1.7)

где F_op – ориентировочная поверхности теплообмена, м²;

К_ор – предварительное значение коэффициента теплопередачи, Вт/(м²·ºС).

F_op = = 69,91 м².

Принимаем предварительно теплообменник со следующими параметрами [2]:

• 
  поверхность теплообмена F = 80 м²;
  
• 
  ширина канала b = 12 мм = 0,012 м;
  
• 
  ширина ленты lл = 1000 мм = 1 м;
  
• 
  длина канала L = 40 м;
  
• 
  толщина стенки δ = 3,9 мм = 0,0039 м.
  

8. Расчет коэффициентов α₁ и α ₂ по критериальному уравнению [2]:

Nu = 0,024 · Re^0,8 · Pr^0,43 (1.8)

Определим значение критерия Re₁ для рабочей среды [5]:

Re₁ = , (1.9)

где р – плотность хладагента теплоносителя, кг/м3;

b – ширина канала, м;

µ – динамический коэффициент вязкости хладагента теплоносителя при t_ср1, Па·с.

Скорость рабочей среды в канале теплообменника [4]

ω_p = , (1.10)

где ρ₁ – плотность этанола при t_ср1, кг/м³;

l_л – ширина ленты, м.

ω_p =

---

= 0,45 м/с.

Re₁ = = 11878,44.

Рассчитаем критерий Nu₁:

Nu₁ = 0,024 · 11878,44^0,8 · 8,75^0,43 = 110,94.

Значение коэффициента теплоотдачи хладагента (от раствора этанола к стенке теплообменника) [4]:

α₁ = , (1.11)

где α₁ – значение коэффициента теплоотдачи горячего теплоносителя, Вт/(м²·ºС).

α₁ = = 748,85 Вт/(м²·ºС).

Определим значение Re₂ для воды [4]:

Re₂ = , (1.12)

где ω_в – скорость охлаждающего агента м/с;

µ₂ – динамический коэффициент вязкости воды при t_ср2, Па·с.

ω_в = = 0,37 м/с.

Re₂ = = 11034,91.

Рассчитаем критерий Nu₂:

Nu₂= 0,024 · 11034,91^0,8 · 5,42^0,43 = 85,12.

Значение коэффициента теплоотдачи холодного теплоносителя (от стенки теплообменника к охлаждающей воде) [4]:

α₂ = . (1.13)

α₂ = = 2191,84 Вт/(м²·ºС).

9. Рассчитаем общий коэффициент теплопередачи [2]:

К = (1.14)

К = [2]. (1.15)

Зададим материал изготовления стенок аппарата – сталь Х18Н10Т с коэффициентом теплопроводности λ_ст = 16 Вт/(м·°С), δ_ст = 2 мм = 0,002 м [4].

Определим термические сопротивления стенок и загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителей [2]:

= + , (1.16)

r_загр1 = 2900 Вт/(м²· ºС) [2];

r_загр2 = 5800 Вт/(м²· ºС).

= = 0,00064 Вт/(м²· ºС) = 6,4·10^-4 Вт/(м²· ºС).

К =

---

= 411,25 Вт/(м²· ºС).

10. Определим расчетную поверхность теплообмена по основному уравнению теплопередачи [2]:

F = . (1.17)

F = = 51 м².

Следовательно, выбранный ранее предварительный теплообменник обеспечит требуемое охлаждение, поэтому выбираем нормализованный спиральный теплообменник [2]:

Принимаем F = 80 м², выбираем ТС1-80-10-1К:

– масса 4460 кг;

– коэффициент энергетической эффективности Е = 2540, L/град;

– габаритные размеры:

– высота 2100 мм = 2,1 м;

– длина 1900 мм = 1,9 м;

– ширина 1650 мм = 1,65 м;

– материальное исполнение К;

– сталь рулонная горячекатаная марки 12X18Н10Т ТУ 14-4-438-98 толщиной 3,9 мм, шириной 1000 мм для спирали;

– сталь листовая марки 12Х18Н10Т ГОСТ 7350 для деталей и сборочных единиц, соприкасающихся с агрессивной средой;

– основные параметры теплообменника:

– ширина канала b = 12 мм = 0,012 м;

– диаметр штуцера d_ш = 150 мм = 0,15 м;

– ширина ленты lл = 1000 мм = 1 м;

– длина канала L = 40 м;

– толщина стенки δ = 3,9 мм = 0,0039 м.

11. Гидравлический расчет спирального теплообменника.

Скорость хладагента теплоносителя в штуцерах _1ш (м/с) [2]:

_1ш = , (1.18)

где q'_v1 – объемный расход горячего теплоносителя, м³/с;

d_ш – диаметр штуцера, м, [2].

q'_v1 = [4]. (1.19)

q'_v1 = = 0,005 м³/с.

_1ш = = 0,28 м/с.

Учитывая коэффициенты местных сопротивлений, при входе и выходе горячего теплоносителя из теплообменника рассчитывается сумму потерь давлений:

∆р₁ + ∆р₂ = (ξ₁ + ξ₂) · , (1.20)

где где Δp₁ – потери давления при входе горячего теплоносителя в теплообменник, Па;

Δp₂ – потери давления при выходе горячего теплоносителя из теплообменника

---

Смотрите также файлы

• На курсовую работу Андрея Гурова.docx

• Темы контрольных работ по дисциплине Организация культурнодосуговой службы на предприятиях индустрии гостеприимства.docx

• Описание технологического процесса резервного копирования системы.docx

• Занятие 1 Тема 1 деньги сущность, функции, виды и обращение задание 1.doc

• Программа а 08. 05. 2023 вопросы по охране труда 0 комментариев.docx