Конструкторское решение холодильника-конденсатора для конденсации водяного пара
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
Задание по курсовому проекту.
Рассчитать и запроектировать холодильник-конденсатор для конденсации водяного пара по следующим данным:
- производительность Gп = 10 т/ч;
- давление пара Pп = 4 ат;
- пар насыщенный;
- начальная температура охлаждающей воды t2н = 25 С;
- конечная температура охлаждающей воды t2к = 40 С;
- температура конденсата t1к = 90 С.
Расчетная часть
I. Тепловой расчет
. Схема процесса:
Зоны:- конденсация насыщеного пара при tконд;- охлаждение конденсата до t1к.
расчет тепловой нагрузки аппарата
. Температуру парового потока на входе определяем по таблице LVII [1, с.550]:
При Pп = 4 ат = 4 кгс/см2 tнас = 142,9 С.
. Количество тепла при конденсации насыщеных паров:
конд = Gпr = (10*1000/3600)(2141*1000) = 5947222 Вт,
где r = 2141кДж/кг - теплота конденсации насыщеного пара (определяется по таблице LVII [1, с.550]).
. Количество тепла при охлаждении конденсата:
Qохл = Gпск(tнас - t1к) = (10*1000/3600)(1,005*4,19*103)(142,9-90) = 618783 Вт,
где cк = 1,005 ккал/кгК - удельная теплоемкость конденсата при Dtср.к = (t1к+ tнас)/2 = 116С (определяется по номограмме XI [1, с.562]).
. Общая тепловая нагрузка конденсатора:
= Qконд + Qохл = 5947222 + 618783 = 6566005 Вт.
расчет движущей силы теплопередачи
. Расход охлаждающей воды:
в = Q/(cв(t2к - t2н)) = 6566005/(1,001*4,19*103*(40-25)) = 104,371 кг/с,
где св = 1,001 ккал/кгК - удельная теплоемкость охлаждающей воды при Dtср.в = (t2к+ t2н)/2 = 33С (определяется по номограмме XI [1, с.562]).
. Граничная температура:
x = Qохл/(Gвсв) + t2н = 618783/((10*1000/3600)(1,005*4,19*103)) + 25 = 26,4 С.
. Средняя разность температур для зоны конденсации насыщеного пара:
С.
. Средняя разность температур для зоны охлаждения конденсата:
С.
ориентировочный расчет поверхности теплопередачи
. Максимальная поверхность конденсации:
конд = Qконд/(KкондDtср.конд) = 5947222/(800*109,7) = 67,8 м2,
где Кконд = 800 Вт/м2К - минимальный коэффициент теплопередачи (взяли по таблце II.1 [2, с.21]).
. Максимальная поверхность охлаждения конденсата:
охл = Qохл/(KохлDtср.охл) = 618783/(800*88,4) = 8,7 м2,
где Кохл = 800 Вт/м2К - минимальный коэффициент теплопередачи (взяли по таблце II.1 [2, с.21]).
. Полная максимальная поверхность теплопередачи:
ор = Fконд + Fохл = 67,8 + 8,7 = 76,5 м2.
уточненный расчет поверхности теплопередачи и выбор аппарата
. Для обеспечения турбулентного течения воды при Reв > 10000 скорость в трубах с dн = 25x2 мм должна быть больше wв:
м/с,
где dв = 25 - 2*2 = 21 мм, ?в = 0,7523 мПас - динамическая вязкость воды при Dtср в = (t2н + t2к)/2 = 33С (определяется по таблице VI [1, с.514]), ?в = 995 кг/м3 - плотность воды при Dtср = (t2н + t2к)/2 = 33С (определяется по таблице XXXIX [1, с.537]).
. Объемный расход воды:
в = Gв/ ?в = (10*1000/3600)/995 = 0,105 м3/с.
. Число труб 25x2 мм, обеспечивающих объемный расход воды при Reв = 10000:
. Условию n < 842 и F < 76,5 м2 удовлетворяет (по таблице 4.12 [1, c.215]) теплообменник с параметрами:
Диаметр кожуха внутренний D = 0,8 м;
Число ходов z = 1;
Число труб n = 465;
Поверхность теплообмена F = 73 м2;
Длина труб l = 2 м;
Трубное проходное сечение Sт = 16,110-2 м2;
Межтрубное проходное сечение Sм = 7,910-2 м2;
Число рядов труб np = 23;
Общая длина аппарата L = 3,07 м.
17. Уточняем значение критерия Reв:
Reв = Ren/n = 10000*842/465 = 18099.
. Уточненное значение скорости в трубах:
м/с.
холодильник конденсатор пар
19. Критерий Прандтля для воды при Dtср в = (t2н + t2к)/2 = 33С:
в = св?в/lв = 4194*(0,7523*10-3)/(62,3*10-2) = 5,06,
где lв = 62,310-2 Вт/мK - коэффициент теплопроводности воды при Dtср в = (t2н + t2к)/2 = 33С (определяется по таблице XXXIX [1, с.537]).
. Определяем критерий Нуссельта для воды:
в = 0,021Reв0,8Prв0,43( Prв/ Prст.в)0,25el = 0,021*(18099)0,8*(5,06)0,43*1,05*1 = 112,8,
где el = 1 - коэффициент, зависящий от отношения l/dв и критерия Reв (по таблице 4.3 [1, c.153]), ( Prв/ Prст.в)0,25 = 1,05 для воды.
. Коэффициент теплоотдачи для воды:
?в = Nuвlв/dв = 112,8*(62,3*10-2)/0,021 = 3348 Вт/м2К.
. Коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации на наружной поверхности пучка горизонтальных труб:
?конд = 2,02elп(?2пln/(?пGп))1/3 = 2,02*0,6*(68,5*10-2)/(9232*2*465/(192,7*10-6* (10*100/3600)))1/3 = 9462 Вт/м2К,
где e = 0,6 - коэффициент при n > 100 [2, c.23], lп = 68,510-2 Вт/мК - коэффициент теплопроводности конденсата при tнас = 142,9С, ?п = 923 кг/м3 - плотность конденсата при tнас = 142,9С, ?п = 192,710-6 Пас - динамическая вязкость конденсата при tнас = 142,9С (значения lп, ?п, ?п определяется по таблице XXXIX [1, с.537]).
. Критерий Прандтля для конденсата при Dtср = (tнас + t1к)/2 = 116С:
Prк = ск?к/lк = 4194*(239,7*10-6)/(68,4*10-2) = 1,48,
где lк = 68,410-2 Вт/мK - коэффициент теплопроводности и ?к = 239,710-6 Пас - динамическая вязкость конденсата при Dtср = (tнас + t1к)/2 = 116С (определяется по таблице XXXIX [1, с.537]).
. Критерий Нуссельта для пленочного течения конденсата по ур. VII,54 [3, с.286] при Reпл = ~12 (ламинарное движение пленки):
пл = 0,005Reпл0,33Prк0,33 = 0,0129.
. Коэффициент теплоотдачи при охлаждении конденсата по ур.VII, 59 [3, с.289]:
Вт/м2К.
. Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений:
?/l = ?ст/lст + 2/rз = 2*10-3/17,5 + 2*11600 = 0,28710-3 м2К/Вт,
где ?ст = (dн - dв)/2 = 210-3м - толщина стенки, lст = 17,5 Вт/мК - коэффициент теплопроводности нержавеющей стали (таблица XXVIII [1, c.529]), 1/rз = 11600 м2К/Вт - тепловая проводимость загрязнений стенки (таблица II