Двухкаскадная пропаново-этановая холодильная установка. Разработка испарителя-конденсатора
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
ующую схему работы испарителя - конденсатора.
Пары этана под абсолютным давлением 13 атм поступают в трубное пространство конденсатора - испарителя и конденсируясь при температур -23С отдают тепло кипящему при температуре - 30С в межтрубном пространстве под абсолютным давлением 1,7 атм.
Свойства пропана и этана в рабочих условиях приведены в таблице 1.4 и 1.5 соответственно.
Таблица 2.4 -Свойства пропана
ПоказателипропанПлотность жидкости при -30С, кг/м3 Вязкость жидкого пропана, Па?с Вязкость паров пропана, Па?с Поверхностное натяжение пропана, Н/м Теплоёмкость жидкого пропана, Дж/(кг?К) Теплопроводность паров, Вт/(м?К) Теплопроводность пропана, Вт/(м?К)568 1,75?10-4 6,8?10-6 13,8?10-3 2,28?103 1,25?10-2 12,1?10-2Молекулярная масса44
Таблица 2.5 -Свойства этана
ПоказателиэтанаПлотность жидкости при -23С, кг/м3 Вязкость жидкого этана, Па?с Вязкость паров этана, Па?с Поверхностное натяжение этана, Н/м Теплоёмкость жидкого этана, Дж/(кг?К) Теплопроводность паров, Вт/(м?К) Теплопроводность этана, Вт/(м?К)447 8,5?10-5 7,7?10-6 6?10-3 2,9?103 1,6?10-2 11,3?10-2Молекулярная масса30
Плотность паров пропана и этана при рабочей температуре
, (2.13)
где Т0, Т - температура при н.у и расчётная соответственно, К;
Р0, Р - давление при н.у и расчётное соответственно, МПа.
Плотность паров пропана при -30С
Плотность паров этана при -23С
2.2 Технологические расчёты
Температурная схема процесса.
Конденсация паров этана происходит при постоянной температуре -23С, а испарение пропана происходит при постоянной температуре -30С
Тогда температурная схема процесса будет иметь вид
Средняя разность температур определяется по среднелогарифмической зависимости:
, (2.14)
Тогда средняя движущая сила процесса теплообмена будет равна
Для предварительного расчёта поверхности теплообмена ориентировочно примем коэффициент теплопередачи от конденсирующихся паров этана к к кипящему пропану к = 300 Вт/(м2?К)
Тогда ориентировочно поверхность теплообмена будет равна
(2.15)
Выбираем по ГОСТ 14248-79 испаритель с паровым пространством с общей площадью теплообмена 220 м2.
Характеристика испарителя:
Тип испарителя У
Диаметр кожуха, мм 1600;
Диаметр трубного пучка, мм 900;
Поверхность теплообмена, м2 224.
Выполняем уточняющий расчёт теплообменника
Коэффициент теплоотдачи от конденсирующихся паров этана
, (2.16)
где С - коэффициент зависящий от положения труб в трубном пространстве, для горизонтального конденсатора С = 0,72;- теплота парообразования этана - характерный раз мер, для горизонтальных труб l = dвн;- теплота парообразования этана r = (Iэп - Iэж).
?tкон - перепад температур в плёнке конденсата;
?tкон = tкон - tст , (2.17)
где tст - температура стенки теплообменной трубы.
Коэффициент теплоотдачи от стенок теплообменных труб к кипящему пропану определим по формуле
(2.18)
где ?ж - теплопроводность жидкого пропана;
?ж - плотность жидкого пропана;
?ж - динамическая вязкость жидкого пропана;
?ж - поверхностное натяжение пропана;
?tкип = tст2 - tкип,ст2 - температура стенки теплообменной трубы со стороны кипящего пропана;кип - температура кипения пропана.
b - ,безразмерный коэффициент;
(2.19)
Так как коэффициент теплоотдачи от конденсирующихся паров пропана зависит от разности температур конденсата и стенки, а коэффициент теплоотдачи от труб к кипящему пропану зависит от разности температуры теплообменной стенки и кипящего пропана - то тепловой расчёт аппарата должен производится путём подбора температуры стенки со стороны конденсирующегося пара и со стороны кипящей жидкости методом последовательных приближений.
Для этого определим удельный тепловой поток из уравнения
, (2.20)
где rз1 и rз2 - соответственно термическое загрязнение стенки со стороны конденсирующегося пара и воздуха;
?ст - толщина алюминиевой стенки ;
?ст - теплопроводность теплообменной стенки;
тогда
,
Подставив приведённые значения в уравнение удельного теплового потока получим
Решаем полученное уравнение путём подбора значений tст1. Результаты расчёта по этому уравнению приведены в таблице 2.6
Таблица 2.6 Результаты расчёта коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенки трубы
tcт1, Кtкон - tст1, q1=4445(250 - tcт1)0,75?tст=4,5?10-4q1tcт2= tcт1 - ?tст ?t2 = tcт2 - 243q2=1378? ?t22249 248 247 247,51 2 3 2,53454 5808 7873 88380,77 1,3 1,76 1,98248,2 246,7 245,24 245,52 5,2 3,7 2,24 2,5237261 18864 6914 8756
Из последней строки таблицы 1.6 получаем
Вт/м2
Тогда необходимая площадь теплообмена будет равна
м2
Запас поверхности теплообмена в сравнении с ранее выбранным аппаратом
Уточнённый расчёт показал, что выбранный ранее теплообменник удовлетворяет требованиям технологического процесса
2.3 Конструктивный расчет аппарата
Диаметр штуцеров d, м, теплообменного аппарата для подвода-отвода теплоносителей:
(2.21),
гдеV и G - объемный и массовый расходы жидкости или пара соответственно, м3/с и кг/с;
r - плотность потока среды, кг/м3;
w - скорость истечения среды, м/с.
Рекомендуемые скорости движения теплоносителей (в соответст?/p>