←предыдущая следующая→
1 2 3 4
2.3. Определим ориентировочно значения и , исходя из формулы
(3.25).
Найдем: С; (3.26)
С; (3.27)
С; (3.28)
Проверка: сумма ;
13,9 + 3,6 + 7,6 = 25,1 С;
Отсюда
С; (3.29)
С; (3.30)
Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи, определив . Для смеси бензол-толуол при С и воды при С;
Коэффициент теплоотдачи для смеси (3.33):
где - кинематическая вязкость [1, с.556].
Коэффициент теплоотдачи для воды (3.33):
где - вязкость воды при температуре стенки [1, таб. XXXIX];
Исправленные значения К, q, и (3.23),(3.34),(3.35) и (3.36):
;
;
С;
С;
Проверка расхождения по формулам (3.37) и (3.38).
Дальнейшее уточнение , и других величин не требуется, так как расхождение между крайними значениями не превышает 5%.
2.4. Расчетная площадь поверхности теплопередачи (3.39):
;
запас
4.Гидравлический и экономический расчет
Расчет гидравлического сопротивления. Сопоставим два выбранных варианта кожухотрбчатых теплообменников по гидравлическому сопротивлению.
Вариант 1. Скорость жидкости в трубах
; (4.1)
; (4.2)
Коэффициент трения рассчитываем по формуле (4.2):
;
где - высота выступов шероховатости на поверхности, d - диаметр трубы.
Диаметр штуцеров в распределительной камере - трубного пространства, - межтрубного пространства [2, с.55].
; (4.3)
Рассчитаем скорость в штуцерах по формуле (4.3).
В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, 5 поворотов на 180 градусов, 6 входов в трубы и 6 выходов из них. В соответствии с формулой [2, форм. 2.35] получим
(4.4)
Рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле (4.4)
Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве, ; примем округляя в большую сторону 9. Число сегментных перегородок x = 10 [2, таб. 2.7]
Диаметр штуцеров к кожуху - межтрубного пространства [2, с.55], скорость потока в штуцерах по формуле (4.3)
Скорость потока в наиболее узком сечении [2, таб. 2.3]
(4.5)
В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход жидкости через штуцера, 10 поворотов сегменты и 11 сопротивлений трубного пучка при его обтекании
(4.6)
Рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле (4.6)
Вариант 2. Скорость жидкости в трубах (4.1)
;
Коэффициент трения рассчитываем по формуле (4.2):
;
Диаметр штуцеров в распределительной камере - трубного пространства, - межтрубного пространства [2, с.55].
Рассчитаем скорость в штуцерах по формуле (4.3).
В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, 3 поворотов на 180 градусов, 4 входов в трубы и 4 выходов из них. В соответствии с формулой [2, форм. 2.35] рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле (4.4)
Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве, ; примем округляя в большую сторону 9. Число сегментных перегородок x = 10 [2, таб. 2.7]
Диаметр штуцеров к кожуху - межтрубного пространства [2, с.55], скорость потока в штуцерах по формуле (4.3)
Скорость потока в наиболее узком сечении [2, таб. 2.3]
(4.5)
В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход жидкости через штуцера, 10 поворотов сегменты и 11 сопротивлений трубного пучка при его обтекании. Рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле (4.6)
5.Экономический расчет
Вариант 1. Масса теплообменника по [2, таб. 2.8]
Чтобы оценить стоимость аппарата необходимо рассчитать массу теплообменных труб.
(5.1)
где по [1, с.529]
Доля массы труб от массы всего теплообменника
Цена единицы массы теплообменника по [2, таб. 2.17] Цтр = 0,99 руб/кг. Цена теплообменника
Энергетические затрату с учетом КПД насосной установки на прокачивание горячей жидкости по трубам составит:
(5.2)
где по практическим расчетам [2, с.82].
Энергетические затраты на прокачивание холодной жидкости по межтрубному пространству
(5.3)
Приведенные затраты составят
(5.4)
где 8000 - время работы насосов в году; = 0,02 - стоимость одного киловата энергии руб/кВт.
Вариант 2. Масса теплообменника по [2, таб. 2.8]
Чтобы оценить стоимость аппарата необходимо рассчитать массу теплообменных труб (5.1).
Доля массы труб от массы всего теплообменника
Цена единицы массы теплообменника по [2, таб. 2.17] Цтр = 0,975 руб/кг. Цена теплообменника
Энергетические затрату с учетом КПД насосной установки на прокачивание горячей жидкости по трубам составит (5.2):
где по практическим расчетам [2, с.82].
Энергетические затраты на прокачивание холодной жидкости по межтрубному пространству (5.3)
Приведенные затраты составят (5.4)
6.Выводы
Для наглядности результаты расчетов сведем в таблицу. Из (таб. 1) видно, что разница между приведенными затратами выбранных вариантов
Таблица 1.
Технико-экономические показатели Вариант 1 Вариант 2
D, м 0,6 0,6
L, м 4 4
K,
306,7 250,1
F,
61 65
M, кг 2290 2290
0,03495 0,01379
680,1 669,9
5,6 2,4
П,
685,7 672,3
незначительна. Но все таки наиболее экономичным является второй вариант по приведенным затратам. К тому же у второго варианта больший запас поверхности, что дает преимущества, при загрязнении аппарата, перед первым вариантом.
7.Заключение
В данном документе были произведены материальные ,тепловые, экономические и гидравлические расчеты на основании которых были сделаны выводы. Был выбран наиболее оптимальный теплообменный аппарат. Также во введении были отражены основные законы теплообмена и течения жидкостей.
8.Литература
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л.: Химия, 1983.
2. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и другие, «Основные процессы и аппараты химической технологии». М.: Химия, 1991
3. «Справочник химика» под ред. Никольского т.3, Л.: Химия, 1971
4. Авербух Я.Д., Заостровский Ф.П., Матусевич Л.Н., «Процессы и аппараты химической технологии: курс лекций» Ч.2: «Теплообменные и массообменные процессы». Свердловск: изд. УПИ, 1973
5. Локотанов Н.С. «Процессы и аппараты химической технологии: Методические указания к курсовому проектированию». Свердловск: изд. УПИ, 1985
Лащинский А.А., Толчинский А.Р., «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». Л.: Машиностроение, 1970
←предыдущая следующая→
1 2 3 4