Курсовой ПАХТ. Пояснительная записка (пэпахп. 000000091. Пз) Руководитель Ушанова В. М. (оценка) (дата)
Скачать 0.84 Mb.
|
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 ; (47) где – средняя температура воды; – средняя разность температур; Подставляя данные в формулу (47), получим ; С учетом потерь холода в размере расход теплоты рассчитывается по формуле ; (48) где -расход инертной части газа; – удельная теплоемкость смеси при , ; , – начальная и конечная температура газа [по заданию]; Удельная теплоемкость смеси определяется по формуле ; (49) где , – удельная теплоемкость аммиака и воздуха при ; - конечная концентрация аммиака в поглотителе (воде); Подставляя данные в формулу (49), получим ; Подставляя полученные данные в формулу (48), получим ; Расход воды определяется по формуле ; (50) где – расход теплоты; – удельная теплоемкость воды при t = 25ºC [2]; , – начальная и конечная температура воды; Подставляя данные в формулу (50), получим ; Объемный расход газовой смеси определяется по формуле ; (51) где -расход инертной части газа; -плотность газовой смеси при ; Плотность газовой смеси определяется по формуле ; где – объемная доля аммиака в смеси [по заданию]; , – плотности, соответственно, аммиака и воздуха при , ; Плотности аммиака и воздуха найдем по формуле ; где – температура при нормальных условиях; – давление в абсорбере [по заданию]; – температура газа перед абсорбером [по заданию]; – давление при нормальных условиях; – плотность газа при нормальных условиях, , [2]; ; ; Подставим найденные значения ; Подставляя данные в формулу (51), получим ; Объемный расход воды определяется по формуле ; (52) где – массовый расход воды; – плотность воды при [2]; Подставляя данные в формулу (52), получим ; Наметим варианты теплообменных аппаратов. Для этого определим ориентировочно значение площади поверхности теплообмена, полагая что [2] по формуле ; (53) где – расход теплоты; [2._таб. 4.8_ст. 172]; – средняя разность температур; 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 холодильников по ГОСТ 15120 – 79 скорость течения воды при должна быть не более ; (54) где – динамический коэффициент вязкости воды при [2]; – внутренний диаметр труб; – плотность воды при [2]; 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 Характеристики этого холодильника , ,. Скорость воды для кожухотрубчатого холодильника рассчитывается по формуле ; (55) где - объемный расход воды; – число труб в холодильнике, шт. [2]; – внутренний диаметр труб; Подставляя данные в формулу (59), получим ; Критерий Рейнольдса для воды рассчитывается по формуле ; (56) где - скорость воды в кожухотрубчатом холодильнике, м/с; – внутренний диаметр труб; – плотность воды при [2]; – динамический коэффициент вязкости воды при [2]; Подставляя данные в формулу (56), получим ; Критерий Прандтля для воды при рассчитывается по формуле ; (57) где – удельная теплоемкость воды при [2]; – динамический коэффициент вязкости воды при [2]; – коэффициент теплопроводности воды при [2]; Подставляя данные в формулу (57), получим ; Скорость газовой смеси для кожухотрубчатого холодильника рассчитывается по формуле ; (58) где - объемный расход газовой смеси; – проходное сечение межтрубного пространства между перегородками по ГОСТ 15120 – 79 [2]; Подставляя данные в формулу (62), получим ; Критерий Рейнольдса для газовой смеси рассчитывается по формуле ; (59) где - скорость газовой смеси в кожухотрубчатом холодильнике; – наружный диаметр труб, определяющий линейный размер поперечном обтекании; – плотность газовой смеси при ; - динамический коэффициент вязкости газовой смеси при ; Динамический коэффициент вязкости газовой смеси определяется по формуле ; (60) где , ; – мольные массы соответственно смеси газов, аммиака и воздуха [2._ таб. I_ст. 510]; , - динамические коэффициенты вязкости соответственно аммиака, воздуха [2] Мольная масса смеси газов рассчитывается по формуле ; где – объемная доля аммиака в смеси [по заданию]; Подставив данные в формулу, находим ; По формуле (27) находим динамический коэффициент вязкости ; ; ; Подставив данные в формулу (63), находим ; Критерий Прандтля для газовой смеси при рассчитывается по формуле ; (61) где – удельная теплоемкость смеси при ; - динамический коэффициент вязкости газовой смеси при ; – коэффициент теплопроводности газовой смеси при , ; Коэффициент теплопроводности газовой смеси определяется по формуле ; (62) где – удельная теплоемкость смеси при ; - динамический коэффициент вязкости газовой смеси при ; ; – показатель адиабаты; и – удельная теплоемкость газа при постоянном давлении и при постоянном объеме, соответственно, Дж/(кг·К) [2._табл. V_ст. 513]; 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 () рассчитывается по формуле (68) 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 (69) где εl = 1 [1, стр. 154]; - критерий Рейнольдса для газовой смеси при t = 75ºС; - критерий Прандтля для газовой смеси при t = 75ºC; [1]. 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 (70) 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 не учитывают, поэтому . (71) Формула (71) выведена при значениях 20 ≤ ≤ 120; 106 ≤ ≤ 1,3·107; 2 ≤ Pr ≤ 10. При ≤ 10 значение Nu определяют по уравнению (72) Проверим, выполняется ли условие ≤ 10. Критерий Пекле (Pe) рассчитывается по формуле (73) 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 ≤ 10 d = 0,021 м (внутренний диаметр труб), L = 3 м [1, табл. 4.12, стр. 215], отсюда Так как условие ≤ 10 выполняется, то значение Nu определяют по уравнению Подставляя полученные данные в формулу (70), получим Коэффициент теплопередачи рассчитывается по формуле (73) 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 (74) где == 5800 – тепловая проводимость загрязнений стенки, Вт/(м2·К) [1, табл. ХХХI, стр.531]; 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 (75) где - коэффициент теплопередачи, ; Δtср = 27 – средняя разность температур, К. Подставляя данные в формулу (75), получим Расчет площади поверхности теплопередачи. Площадь поверхности теплопередачи рассчитывается по формуле (76) где Q = 85990 – расход теплоты, Вт; плотность теплового потока, Вт/м2. 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 , (77) где - коэффициент теплопроводности газовой смеси, Вт/(м·К); n = 1 – число ходов; L = 3 – длина одного хода, м; - скорость газа в межтрубном пространстве, м/с; 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 , (78) 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 . |