Курсовой ПАХТ. Пояснительная записка (пэпахп. 000000091. Пз) Руководитель Ушанова В. М. (оценка) (дата)
![]()
|
Расчет вспомогательного оборудования
Определим расход теплоты и расход воды. Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (газовая смесь), индекс «2» - для холодного теплоносителя (вода). Предварительно найдем среднюю температуру воды ![]() Составляем температурную схему ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем среднюю температуру газовой смеси по формуле ![]() где ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (47), получим ![]() С учетом потерь холода в размере ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Удельная теплоемкость смеси определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (49), получим ![]() Подставляя полученные данные в формулу (48), получим ![]() Расход воды определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (50), получим ![]() Объемный расход газовой смеси определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() Плотность газовой смеси определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Плотности аммиака и воздуха найдем по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Подставим найденные значения ![]() Подставляя данные в формулу (51), получим ![]() Объемный расход воды определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (52), получим ![]() Наметим варианты теплообменных аппаратов. Для этого определим ориентировочно значение площади поверхности теплообмена, полагая что ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (53), получим ![]() Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Воду направим в трубное пространство, так как она дает загрязнения, газовую смесь – в межтрубное пространство. В теплообменных трубах ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (54), получим ![]() Проходное сечение трубного пространства при этом должно быть менее ![]() По таблице 4.12 [2] подбираем кожухотрубчатый одноходовой холодильник с запасом поверхности теплообмена ![]() ![]() ![]() ![]() Скорость воды для кожухотрубчатого холодильника рассчитывается по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (59), получим ![]() Критерий Рейнольдса для воды рассчитывается по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (56), получим ![]() Критерий Прандтля для воды при ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (57), получим ![]() Скорость газовой смеси для кожухотрубчатого холодильника рассчитывается по формуле ![]() где ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (62), получим ![]() Критерий Рейнольдса для газовой смеси рассчитывается по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Динамический коэффициент вязкости газовой смеси определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Мольная масса смеси газов рассчитывается по формуле ![]() где ![]() Подставив данные в формулу, находим ![]() По формуле (27) находим динамический коэффициент вязкости ![]() ![]() ![]() Подставив данные в формулу (63), находим ![]() Критерий Прандтля для газовой смеси при ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Коэффициент теплопроводности газовой смеси определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В = 0,25·(9·k – 5) = 1,72; Подставляя данные в формулу (67), получим ![]() Подставляя полученные данные в формулу (66), получим ![]() Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для газовой смеси. Коэффициент теплоотдачи для газовой смеси ( ![]() ![]() где Nu1 – критерий Нуссельта для газовой смеси при t = 52ºС; λ1 = λсм = 0,033 – коэффициент теплопроводности газовой смеси при t = 52ºС, Вт/(м·К); d1 = 0,025 – наружный диаметр труб, определяющий линейный размер поперечном обтекании, м. Критерий Нуссельта для газовой смеси определяется по формуле ![]() где εl = 1 [1, стр. 154]; ![]() ![]() ![]() Подставляя данные в формулу (69), получим ![]() Подставляя полученные данные в формулу (68), получим ![]() Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для воды. Коэффициент теплоотдачи для воды рассчитывается по формуле ![]() где Nu2 – критерий Нуссельта для воды; λ2 = 0,52 – коэффициент теплопроводности воды при t = 25ºС, Вт/(м·К) [1, рис. Х, стр.561]; d2 = 0,021 – внутренний диаметр труб, м. Критерий Нуссельта для воды при горизонтальном расположении труб (Re< 3500) рассчитывается по формуле ![]() Для газов ![]() ![]() Формула (71) выведена при значениях 20 ≤ ![]() ![]() При ![]() ![]() Проверим, выполняется ли условие ![]() Критерий Пекле (Pe) рассчитывается по формуле ![]() где ω = 0,004 – скорость воды в кожухотрубчатом холодильнике, м/с; l = 0,021 – внутренний диаметр труб, м; с = 4190 – удельная теплоемкость воды при t = 25ºC, Дж/(кг·К) [1, рис. XI, стр.562]; ρ = 996,5 – плотность воды при t = 25ºC, кг/м3 [1, табл.IV, стр. 512]; λ = 0,52 – коэффициент теплопроводности воды при t = 25ºС, Вт/(м·К) [1, рис. Х, стр.561]. Подставляя данные в формулу (73), получим ![]() В условии ![]() ![]() Так как условие ![]() ![]() Подставляя полученные данные в формулу (70), получим ![]() Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле ![]() где α1 = 49, α2 = 52 – коэффициенты теплоотдачи, соответственно, для газовой смеси и воды, ![]() ∑rст– термическое сопротивление стенки и загрязнений, м2·К/Вт. Термическое сопротивление стенки и загрязнений определяется по формуле ![]() где ![]() ![]() δст = 0,002 – толщина стенки, м; λст = 46,5 – коэффициент теплопроводности стали, Вт/(м·К) [1, табл. XXVIII, стр.529]. Подставляя данные в формулу (74), получим ![]() Подставляя полученные данные в формулу (73), получим ![]() Рассчитаем плотность теплового потока по формуле ![]() где ![]() ![]() Δtср = 27 – средняя разность температур, К. Подставляя данные в формулу (75), получим ![]() Расчет площади поверхности теплопередачи. Площадь поверхности теплопередачи рассчитывается по формуле ![]() где Q = 85990 – расход теплоты, Вт; ![]() Подставляя данные в формулу (76), получим ![]() С запасом 10% ![]() Принимаем к установке аппараты длиной 3 м (ГОСТ 15120-79). Площадь поверхности теплообмена одного аппарата по среднему диаметру труб ![]() Необходимое число аппаратов ![]() Примем N = 1. Запас поверхности составляет при этом ![]() Гидравлическое сопротивление теплообменника в межтрубном пространстве рассчитывается по формуле ![]() где ![]() n = 1 – число ходов; L = 3 – длина одного хода, м; ![]() ρ1 = ρсм = 1,072 – плотность газовой смеси при t = 52ºC, кг/м3. dэ – наружный эквивалентный диаметр трубопровода, м; ∑ζ= 5 – сумма коэффициентов местных сопротивлений [1, стр. 26]. Наружный эквивалентный диаметр трубопровода рассчитывается по формуле ![]() где D = 1000 – внутренний диаметр кожуха, мм2; n = 747 – число труб; d = 25 – наружный диаметр труб, мм. Подставляя данные в формулу (78), получим ![]() Коэффициенты местного сопротивления
Подставив данные в формулу (77), находим гидравлическое сопротивление теплообменника ![]() |