Температура горячего теплоносителя на выходе из теплообменника

Температуру горячего теплоносителя на выходе из теплообменника определить из уравнения теплового баланса при условии, что потери в окружающую среду отсутствуют. Так как количество теплоты, передаваемое горячим теплоносителем в единицу времени, Q G2 cp2 (T2 T2), Вт,

то T1 T1 Q(G1cp1) , К, где cp1 и cp2 – соответственно массовые изобарные теплоемкости горячего и холодного теплоносителей. И х значения

принять постоянными и равными: для воды– 4190.

Скорость движения горячего теплоносителя W1 и холодногоW2

W 4G (ρ πd2)и W 4G

2ρ2π(D2 d2) 2,2

где ρ1 и ρ2 – плотности теплоносителей в зависимости от их средних температур, кг/м3

Значения критерия Рейнольдса

Вычисляем значения критерия Рейнольдса для обоих теплоносителей, определив затем характер их движения. В случае ламинарного движения определить режим течения (вязкостный или вязкостногравитационный). При вычислении критерия Re2 за определяющий Размер принять эквивалентный диаметр канала dэк D d2 .

Критерий Нуссельта

В соответствии с характером движения жидкости выбрали одно из критериальных уравнений с целью определения величины критериев Нуссельта Nu1 и Nu2 , характеризующих интенсивность теплообмена на поверхностях внутренней трубы со стороны горячего и холодного теплоносителей.

Температуру Tст2 приняли равной температуре Tст1.

Плотность теплового потока на 1 м длины трубы, Вт/м

Коэффициенттеплоотдачи

По найденным значениям критериев Нуссельта вычисляем величины коэффициентов теплоотдачи α1 и α2 .

Коэффициент теплопередачи kl

Коэффициент теплопередачи kl определить по выражению

kl , Вт/(м К):

где α1 – коэффициент теплоотдачи от горячей жидкости к стенке трубы, Вт/(м2 К); α2 – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности внутренней трубы к холодной жидкости, Вт/(м2 К); λст – коэффициент теплопроводности материала стенки внутренней трубы, Вт/(м К)

Среднелогарифмические температурные напоры

для случаев прямотока и противотока по формулам

2.9. Плотность теплового потока

Длина трубы

Длина трубы теплообменника находится как l Qql , м.

Поверхность нагрева

Поверхность нагрева определяется как F πd1l , м2.

Анализ результатов

Pr₁ = 2,21 [2,537];

Re₁ = 17742^0,8 = lg 17742^0,8 = 0,8 lg 17742 = 0,8*4,2490= 3,3992;

Pr₁ = 2, 20^,4 = lg 2, 20^,4 = 0,4 lg 2,2 = 0,4 (lg 22 - lg 10^-1) = 0,4 (1,3424 - 1) = 0,4·0,3424 = 0,1472;

Antlg = 0,1472 = 1,404;

Nu₁ = 0,023*6012^0,8×2,21^0,4 = 129,0;

a₁ = Nu₁l₁/d_э =Вт/ (м²∙К); (11)

=5440 Вт/ (м²×K).

где l₁=0,673 Вт/ (м×K) - теплопроводность воды при 80 °С [1, 810]

К = 1/ (1/5440+ 5,73*10^-4 + 1/1296) = 109 Вт/ (м²×К).

t_ст2 = t₂+ t_ср/a₂= ° С; (14)

t_ст2 =55+ 109* (-25) /1296 = 52,9° С;

Pr_ст2= 9,6 ®a_1ут = Вт/ (м²*К); (15)

Pr_ст2=1296× (11,1/9,6) ^0,25 =1345 Вт/ (м²×К).

t_ст1 = t₁ - KDt_ср/a₁ =° С; (16)

t_ст1 = 30 – 109*(-25) /5440 = 30,5° С;

a₁ = 5440 (2,21/2,43) 0,25 = 5338 Вт/ (м²×К).

K = 1/ (1/1345 + 5,73*10^-4+1/5338) = 124,66 Вт/ (м²×К);

t_ст1 = t₁ - KDt_ср/a₁ =° С; (17)

t_ст1 =80,0 - 124,66*35/5338 = 79,2° С.

t_ст2 = t₂ - K Dt_ср/a₂ =° С; (18)

t_ст2 =55+ 124,66* (-25) /1345 = 52,68° С.

Полученные значения близки к ранее принятым и дальнейшего уточнения не требуется.

Поверхность теплообмена F = Q/ (KDt_с) =84,8×10³/ (124,66×35) =19,44м²

Заключение

Основной целью проведения расчета является вычисление необходимой площади теплообменной поверхности. Тепловая мощность обычно задается в техзадании, как и в нашем примере мы рассчитали и её.

Иногда бывает и так, что в исходные данные может закрасться ошибка. Одна из задач грамотного инженера - эту ошибку найти и исправить.

Эти простейшие тепловые расчеты показывают, площадь теплообмена необходимая для придания теплоносителям заданных параметров достаточно низкая.

Список литературы

1. Плановский А.Н. Процессы и аппараты промышленности. М.: Химия, 2007 842с.

2. Кувшинский М.Н. Соболева А. П Курсовое проектирование по предмету "процессы и аппара промышленности", М.: Высшая школа, 2010 223с.

3. Плановский А.Н. Николаев П. И Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, М.:2007 496с.

4. Романков П.Г. Курочкина М.И. Примеры и задачи по курсу "Процессы и аппараты промышленности" Л. 2004 229с.

5. Романков П.Г. Курочкина М.И. Расчетные диаграммы и номограммы по курсу Процессы и аппараты химической промышленности: Учебное пособие для техникумов Л.: 2005 7л.

6. ГОСТ 9930-67 Теплообменники "труба в трубе" стальные.

7. Павлов К. Ф, Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов Л.:, 2007576 с.

8. Брадис В.М. Четырехзначные математические таблицы М.: Просвещение, 2010 95с.

10. Медведев В.С. Охрана труда и противопожарная защита в химической промышленности. Москва., 2009 288с.

11. Карпов В.Н. Оборудование предприятий химической промышленности. Химия, 2008350с.

12. Лазарев Н.В. Левина Э.Н. Вредные вещества в промышленности. Химия, 2003 590 с.