Главная страница
Навигация по странице:

  • Алматы, 2021 г. 1.8. Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата

  • КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ

  • Выбор конструкционных материалов для изготовления аппарата

  • Совергенствование смесителя. СРО 4 жас. Расчет кожухотрубчатого конденсатора перегретых паров


    Скачать 92.46 Kb.
    НазваниеРасчет кожухотрубчатого конденсатора перегретых паров
    АнкорСовергенствование смесителя
    Дата25.10.2021
    Размер92.46 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаСРО 4 жас.docx
    ТипДокументы
    #255364

    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

    АО «АЛМАТИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

    ФАКУЛЬТЕТ ИНЖИНИРИНГА И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

    КАФЕДРА МАШИНЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

    СРО №4

    На тему: Расчет кожухотрубчатого конденсатора перегретых паров
    Выполнил: Калданов Ж.Б.

    Группа: ТМО

    Проверил: Кузембаев К.К.

    Алматы, 2021 г.

    1.8. Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата

    Расчет коэффициентов теплоотдачи с учетом температур поверхностей стенки теплообменной трубки называется уточнен­ным. Температуры поверхностей стенки при этом рассчитывают методом последовательных приближений исходя из того, что при

    установившемся процессе теплопередачи удельные тепловые по­токи по обе стороны стенки (со стороны горячего и холодного теплоносителей) отличаются не более 5 % [1].

    Уточненный расчет выполним отдельно для каждой из зон.

    Зона конденсации пара

    Для первого приближения зададимся значением температу­

    ры поверхности стенки со стороны конденсирующегося пара (tст1 )i = 107,3 °С.

    Для расчета коэффициента теплоотдачи от конденсирую­щегося пара к стенке воспользуемся формулой [1, 2]

    а1

    = 1,15

    Л13 Р12 rg

    Ц1 AtH

    (1.23)

    где H - высота теплообменных труб, на которых конденсирует­ся пар, м; Дt - разность температур пара и стенки, °С; r - скры­тая теплота конденсации пара, Дж/кг; g = 9,81 м/с2 - ускорение

    силы тяжести; Л1, р 1, р 1 - теплопроводность, плотность, динами­ческая вязкость конденсата, образующегося из пара при темпера-

    туре пленки, равной tпл

    T +(tСт1 )I _ 112,7 +107,3 — — 110 \^.

    2

    2

    При температуре пленки конденсата tпл = 110 °C [2]: Л1 = 0,685 Вт/(м^К), р 1 = 951,0 кг/м3, р1 = 256 •Ю-6 Па^с.

    Разность температур пара и стенки Д t= 112,7 -107,3 = 5,4 °C.

    По формуле (1.23)

    a1 = 1,15 4

    0, 6853 • 9512 • 2227 •Ю-1

    256 •Ю-6 • 5, 4 • 3

    6 • 9,81 ,

    = 7193, 9 Вт/(м2^К).

    Удельная тепловая нагрузка со стороны конденсирующего­ся пара

    (q1 )I = a1 Д t = 7193,9 • 5,4 = 38847,1 Вт/м2.

    Температура поверхности стенки со стороны воды

    (tст2)I = (tст1 )I -EГст• (q1 )I = 107,3 - 0,000437 • 38847,1 = 90,32 °C.

    При этой же температуре для воды [2] Ргст = 1,94.

    Влияние температуры поверхности стенки на интенсив­ность теплоотдачи от стенки к воде учитывается отношением 0,25 I Pr I

    I I , добавляемым к формуле (1.12).

    I Pr 7

    \ ст 7

    Тогда

    а

    I Pr Г5 I3 86 Г5

    Nu2 = Nu2I I = 146,671 -,— I = 174,2,

    2 21РГст 7 11,94 J

    174,2• 0,642 „ 2тлч

    a2 = = 5325,5 Вт/(м2 •К).

    2 0,021

    Удельная тепловая нагрузка со стороны воды

    (q2)I = a2 •[(tст2)I -1ср] = 5325,5(90,32- 45,9) = 236558,7 Вт/м2.

    В первом приближении (q2)I>>(q1 )I (236558,7>>38847,1), поэтому расчет продолжаем, принимая для второго приближения (tc, )ii = 97.3 ”С.

    112,7 + 97,3 а

    Температура пленки конденсата tпл = 2 = 105 °С.

    При этой температуре [2]: Л1 = 0,684 Вт/(м-К), р1 = 954,5 кг/м3, р1 = 269 •10 6 Па-с.

    Разность температур пара и стенки Д t = 112,7 - 97,3 = 15,4 °С.

    По формуле (1.23)

    6-9 81 „

    — = 5471,8 Вт/(м2-К).

    a1 = 1,15 4

    0,6843 • 954,52 • 222740-

    269 •Ю-6 •15,4 • 3

    Удельная тепловая нагрузка со стороны пара

    (q1 )п = a1 • At= 5471,8 -15,4 = 84265,0 Вт/м2.

    Температура поверхности стенки со стороны воды

    (tст2)п =(tст1 )пгст •(q1 )ii = 97,3-0,000437• 84265,0 = 60,48 °С.

    При этой температуре для воды [2] Ргст = 2,96.

    ( Pr Г5 ( 3 86 Г5

    Nu2 = Nu2l I = 146,67l , I = 156,7,

    2 21Ргст ) 12,96 J

    156,7• 0,642

    a2 = = 4791,6 Вт/(м2 •К).

    2 0,021

    Удельная тепловая нагрузка со стороны воды

    а

    (q2 )п = a2[(tст2 )п

    В втором

    (84265,0>>69861,5),



    t ср ] = 4791,6 (60,48 - 45,9) = 69861,5 Вт/м2.

    приближении уже ( q1 )п>> ( q 2 )п

    поэтому расчет продолжаем, определяя

    (tсП )III графически (рис. 1.7).

    По определенному графически значению (tст1 ) = 97,9 °С выполняем третий, проверочный расчет.

    Д t = 112,7 - 97,9 = 14,8 °С.

    112 7 + 97 9 tпл = = 105,3 °С.

    При этой температуре: Л1 = 0,684 Вт/(м-К), р1 = 954,5 кг/м3, р1 = 269 •10 6 Па-с.

    По формуле (1.23)

    6-9 81 „

    — = 5526,4 Вт/(м2^К).

    a1 = 1,15 4

    0,6843 • 954,52 • 2227•Ю-1

    269•Ю-6 44,8• 3

    (q1 )III = 5526,4-14,8 = 81790,5 Вт/м2.

    (tCT2 )ш = (tСТ1 )ш -X Гст • (41 )iii = 97,9 - 0,000437 • 81790,5 = 62,16 °С.

    При этой температуре для воды [2] Ргст = 2,88 .

    а

    ( Pr Г5 ( 3 86 Г5

    Nu2 = Nu2l - I = 146,67l - I = 157,8,

    2 21РгстJ 12,88 J

    157,8 • 0,642 2тгч

    a2 = = 4824,5 Вт/(м2 •К).

    2 0,021

    (q 2 )III = 4824,5( 62,16 - 45,9) = 78446,4 Вт/м2.

    Средняя удельная тепловая нагрузка в третьем приближе­НИИ

    ( qср )ш

    (qi )ш +(q2 )ш 2

    81790,5 + 78446,4

    2

    = 80118,4 Вт/м2.

    Отклонение удельных тепловых нагрузок по обе стороны

    стенки в третьем приближении для зоны конденсации пара

    л = (ql.ii -(q2)Ш . 100 = 81Ж5 - 78446,4.100 = 4,17 %

    (qcp )ш 80118,4

    Так как отклонение удельных тепловых нагрузок не пре­вышает 5 % (4,17 < 5), то тепловой расчет для зоны конденсации

    можно считать законченным.

    Коэффициент теплопередачи в зоне конденсации пара по формуле (1.13)

    1

    1

    5526,4

    + 0,000437 +

    1

    4824,5

    = 1212,1 Вт/(м2^К).

    и.\

    Рис. 1.8. Схема процесса теплопередачи в зоне конденсации пара

    Схема процесса те-

    плопередачи в зоне кон-

    денсации представлена на рис. 1.8.

    Площадь поверхно-

    сти теплопередачи в зоне

    конденсации

    2402313,2

    Fye=

    к 1212,1- 66,84

    = 29,65 м2.

    Зона охлаждения

    пара

    В [2] утверждается, что для газов отношение

    Pr 1

    = 1, так как они яв-

    Pr

    ст

    ляются зависимыми

    только от атомности газа.

    Поскольку перегретый водяной пар является газом, то выполне­ние уточненного расчета для зоны охлаждения пара становится невозможным и нецелесообразным. В связи с вышеизложенным,

    Kк

    воспользуемся результатами приближенного расчета зоны охла­ждения пара, отраженными на рис. 1.9.

    Итак, площадь поверхности теплопередачи в зоне охлажде­ния пара Fox= 2,12 м2.

    Суммарная необходимая площадь поверхности аппарата

    Ftp = F + Fox = 29,65 + 2,12 = 31,8 м2.

    Окончательно вы­бираем вертикальный шес­тиходовой кожухотрубча­тый теплообменный аппа­рат с внутренним диамет­ром кожуха D = 600 мм, с числом труб 194 шт., с высотой теплообменных труб 3000 мм и размеще­нием их по вершинам правильных равносторон­них треугольников (сто­ронам правильных шес­тиугольников), с площа­дью поверхности тепло­передачи F = 46,0 м2.

    Запас площади по-

    верхности аппарата

    F - F

    Д = тр

    F

    46,0 - 31,8

    46,0

    = 30,8

    %,
    что отвечает рекомендациям [2].

    Условное обозначение аппарата

    600ТНВ - 0,6М1 - О

    Теплообменник гр. А ГОСТ 14246-79.

    25Г - 3Ш - 6




    1. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ


    Целью конструкторского расчета является:

    • выбор конструкционных материалов для изготовления аппарата;

    • выбор трубных решеток, способов размещения и крепле­ния в них теплообменных труб и трубных решеток к кожуху;

    • выбор конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними;

    • расчет диаметров штуцеров, выбор фланцев, прокладок и крепежных элементов;

    • выбор распределительных камер, крышек и днищ аппара­та, отбойники;

    • проверка необходимости установки компенсирующего устройства;

    • выбор опор аппарата.




      1. Выбор конструкционных материалов для изготовления аппарата

    Конструкционные материалы для изготовления теплооб­менного аппарата должны удовлетворять требованиям к их меха­ническим свойствам, быть коррозионностойкими, дешевыми и недифицитными.

    Для проектируемого теплообменника выбираем группу ма­териального исполнения М1 [1]. Для группы материального ис­полнения М1 по ГОСТ 15120-79 выбираем материалы основных узлов и деталей, а именно:

    • кожух - ВСт3сп5 ГОСТ 14637-79;

    • распределительная камера и крышки - ВСт3сп5 ГОСТ 14637-79;

    • трубы - Сталь 10 (20) ГОСТ 8733-87.


    написать администратору сайта