Geum.ru

До курсового проектування за курсом "Моделювання І прогнозування стану навколишнього середовища" для студентів 4 курсу хіміко-технологічного факультету / Уклад

Вид материалаДокументы

Содержание


6.2. Розрахунки теплообмінників-рекуператорів
6.2.1. Вибір стандартних теплообмінників
6.2.2. Перевірочні розрахунки стандартних теплообмінників
Схема з автотерм. умовами
Схема з автотермічними умовами
Продовження таблиці 6.7
Подобный материал:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14

6.2. Розрахунки теплообмінників-рекуператорів



Розрахунки теплообмінників-рекуператорів у курсовій роботі виконують для вище розглянутих трьох варіантів схеми газоочищення з метою визначення необхідної поверхні теплопередачі. Даний параметр є одним з основних для визначення витрат на апарат і необхідний для оцінки витрат на очищення при порівнянні різних схем.


6.2.1. Вибір стандартних теплообмінників



У прикладі для всіх схем за умовами експлуатації передбачається використовувати стандартні теплообмінники загальнопромислового призначення одного типу – ТК (з нерухомими трубними ґратами і з температурним компенсатором на кожусі).

Необхідну поверхню теплопередачі необхідно визначити для кожного з розглянутих випадків. Як приклад нижче приведений розрахунок по основному рівнянню теплопередачі (3.14) для схеми з підігрівом суміші, для якої уже відомі теплові навантаження (Q) рекуператорів. Значення коефіцієнта теплопередачі (Кт) для даного випадку передачі тепла від газу до газу рекомендується приймати в межах Кт = 10–40 Вт/(м2К).

Середні різниці температур знаходять по різниці середніх температур гарячого і холодного теплоносіїв. Для гарячого потоку в трубках середня температура дорівнює:

режим 1 = (402,6+175)/2=288,8 0C;

режим 2 = (553,8+175)/2=364,4 0C;

режим 3 = (693,8+175)/2=434,4 0C.

Для холодного потоку в міжтрубному просторі:

режим 1 = (20+241)/2=130,5 0C;

режим2 = (20+388)/2=204 0C;

режим 3 = (20+524)/2=272 0C.

Середня різниця температур складає:

режим 1 Δtср = 288,8–130,5=158,3 К;

режим 2 Δtср = 364,4–204=160,4 К;

режим 3 Δtср = 434,4–272=162,4 К.

Необхідна поверхня теплопередачі знаходиться в межах:

режим 1 – від 399600/(10158,3)=252,4 м2 до 399600/(40158,3)=63,1 м2;

режим 2 – від 676600/(10160,4)=421,8 м2 до 676600/(40160,4)=105,4 м2;

режим 3 – від 941100/(10162,4)=579,5 м2 до 941100/(40162,4)=144,9 м2.


Необхідний перетин трубок знаходять по заданому об'ємному потоці суміші (5000 м3/год чи 1,389 м3/с) і лінійної швидкості газу, що рекомендується, при невеликому тиску 4–15 м/с, у середньому 10 м/с

Sтр = 1,389/10 = 0,1389 м2.

Знайдені орієнтовані значення основних параметрів дозволяють вибрати для перевірочних розрахунків стандартні теплообмінники типу ТН із діаметром кожуха 1200 мм і довжиною трубок 4,0 м, 6,0 м і 9,0 м (табл.1 додатка).


6.2.2. Перевірочні розрахунки стандартних теплообмінників




Перевірочні розрахунки стандартних теплообмінників виконують на ЕОМ за допомогою прикладної програми EKTEPL. У якості початкових даних уводять властивості сумішей у трубках і міжтрубному просторі, які можна з достатньою точністю приймати рівними відповідним властивостям повітря при середній температурі суміші. У табл. 6.6 приведені теплофізичні властивості сумішей для середніх температур, розраховані методом лінійної інтерполяції даних з таблиці властивостей повітря (табл. 2 додатка).

Інтерполяцію простіше і з більшою точністю можна виконати за допомогою програми LAGRANG з бібліотеки прикладних програм ХТФ. Розрахунки кожної з чотирьох властивостей варто вести по черзі для всіх температур.

Подальші розрахунки виконані за допомогою програми EKTEPL. Як приклад приведений набір вихідних даних для перевірочного розрахунку теплообмінника з довжиною трубок 6,0 м без перегородок у міжтрубному просторі для режиму 1 схеми з автотермічними умовами:

G1 1,792

T1H 675,6 T1K 335,7

RO1 0,700 DM1 0,0000272

AL1 0,0414 C1 1022

G2 1,792

T2H 293 T2K 623

RO2 0,772 DM2 0,0000254

AL2 0,0381 C2 1016

F 525 NT 1125

DH 0,025 DEL 0,002

TL 6,0 DK 1,2

ST 0,033 NP 00

NX 01 SUMR 0,000714

KT 01

G1
Масова витрата

Кг/с









Т1Н
Початкова температура

К
Т1К
Кінцева температура

К

RO1
Густина

Кг/м3

DM1
В'язкість

Пас

AL1
Теплопровідність



C1

Удельна теплоємність

Дж/

(кгК)


Таблиця 6.6

Теплофізичні властивості сумішей


властивості
Схема з автотерм. умовами
Схема з

підігрівом
Схема з

підживленням

Р.1
Р.2
Р.3
Р.1
Р.2
Р.3
Р.1
Р.2
Р.3

Суміш в трубному просторі

Температура



Тнач, 0С
402,6
553,8
693,0
402,6
553,8
693,0
519,9
609,2
699,4

Ткон, 0С
62,7
59,4
55,2
175
175
175
180,3
176,6
174,3

Тср, 0С
232,6
306,6
374,1
288,8
364,4
424,4
374,4
392,1
437,2

Густина , кг/м3
0,700
0,610
0,547
0,629
0,555
0,496
0,567
0,532
0,496

В'язкість, μ 106, Па.с
27,2
29,8
32,2
29,2
31,9
34,0
31,5
32,8
34,0

Теплопровідність λ102, Вт / мК
4,14
4,56
4,96
4,46
4,91
5,29
4,83
5,06
5,29

теплоємність, Дж/кгК
1022
1035
1043
1032
1041
1052
1039
1046
1052

Суміш в міжтрубному просторі

Температура



Тнач, 0С
20
20
20
20
20
20
20
20
20

Ткон, 0С
350
500
640
241
388
524
350
440
530

Тср, 0С
185
260
330
130,5
204
272
185
230
275

Густина , кг/м3
0,772
0,663
0,587
0,878
0,740
0,649
0,772
0,700
0,649

В'язкість, μ 106, Па.с
25,4
28,2
30,4
23,4
26,1
28,6
25,4
27,2
28,6

Теплопровідність λ102, Вт / мК
3,81
4,30
4,71
3,40
3,96
4,37
3,81
4,14
4,37

теплоємність, Дж/кгК
1016
1027
1037
1011
1021
1029
1016
1022
1029

При виконанні розрахунків схеми з підживленням можна не враховувати збільшення масового потоку суміші після введення додаткового палива в тій чи іншій точці.

Результати перевірочних розрахунків стандартних теплообмінників приведені в табл. 6.7. Прийнятними можна приймати варіанти з припустимою швидкістю суміші і запасом поверхні 10–40%, якщо такого не знайдено, то з найближчим значенням запасу.

Як і передбачалося вище, для першої схеми (автотермічний режим без підживлення) не вдалося підібрати стандартні теплообмінники навіть з мінімальним запасом поверхні.

Отримані результати використовуються при порівнянні розглянутих схем і варіантів режиму.

Таблиця 6.7

Розраховані параметри теплообмінників-рекуператорів


Параметри

Теплообмінника
Схема з автотермічними умовами
Схема з

підігрівом
Схема з

підживленням

Р.1
Р.2
Р.3
Р.1
Р.2
Р.3
Р.1
Р.2
Р.3

1.Теплообмінник DК =1,2 м; L = 9.0 м; F=765 м2 без перегородок NP=0

Швидкість в трубках, м/с
6,57
7,54
8,41
7,31
8,29
9,28









Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К
10,7
11,0
11,5
10,5
10,9
11,3









Потрібна поверхня, м2
1281
1973
2512
265
423
561









Запас поверхні, %
-38
-60
-68
198
87,9
41,5









2.Теплообмінник DК =1,2 м; L = 9,0 м; F=765 м2 з перегородками NP=8

Швидкість в трубках, м/с
6,57
7,54
8,41


















Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К
15,9
16,1
16,3


















Потрібна поверхня, м2
865
1350
1710


















Запас поверхні, %
-8,2
-41
-54


















3. Теплообмінник DК =1,2 м; L = 6,0 м; F=525 м2 без перегородок NP=0

Швидкість в трубках, м/с
6,57
7,54
8,41
7,31
8,29
9,28
8,13
8,67
9,29

Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К
10,7
11,0
11,5
10,5
10,9
11,3
11,0
11,1
11,3

Потрібна поверхня, м2
1385
1876
2512
266
423
561
380
476
569

Запас поверхні, %
-62
-72
-73
49,3
25,7
-5,7
39,4
11,4
-6,9

4. Теплообмінник DК =1,2 м; L =6,0 м; F=525 м2 з перегородками NP=5

Швидкість в трубках, м/с















9,28



8,67
9,29

Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К















16,4



16,2
16,4

Потрібна поверхня, м2















386



326
391

Запас поверхні, %















26,5



62,3
35,6

Продовження таблиці 6.7


5. Теплообмінник DК =1,2 м; L = 4,0 м; F=388 м2 без перегородок NP=0

Швидкість в трубках, м/с









7,31






8,13






Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К









10,5






11,0






Потрібна поверхня, м2









266






380






Запас поверхні, %









32,8






-7,1






6. Теплообмінник DК =1,2 м; L =4,0 м; F=388 м2 з перегородками NP=3

Швидкість в трубках, м/с


















8,13
8,13
8,13

Коеф-т. теплопередачі, Вт/м2К


















16,0
16,2
16,4

Потрібна поверхня, м2


















259
326
391

Запас поверхні, %


















36,5
8,23
-9,6