Расчет кожухотрубного теплообменника для охлаждения азота
Температурная схема теплообменника при противотоке. Средняя разность температур воды и азота. Расчет ориентировочной величины требуемой поверхности кожухотрубного теплообменника. Коэффициенты теплоотдачи. Критерий Рейнольдса. Удельная тепловая нагрузка.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.12.2012 |
| Размер файла | 221,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Рассчитать кожухотрубный теплообменник для охлаждения 1240 м3/ч (считая при нормальных условиях) азота от 76 до 31 оС. Давление азота рабс=1,5 ат. Охлаждающая вода, дающая осадок водяного камня, имеет температуру 16 оС.
Решение. Примем, что вода в теплообменнике нагревается до 26 оС. Температурная схема теплообменника при противотоке:
76 > 31
26 > 16
______ ______
Средняя разность температур:
Средняя температура воды:
Средняя температура азота:
Расход тепла, передаваемого от азота к воде:
где 1,25 - плотность азота при 0 и 760 мм. рт. ст., кг/м3;
= Дж/(кг*К) - средняя удельная теплоемкость азота.
Расход воды:
Определим ориентировочно величину требуемой поверхности кожухотрубного теплообменника. Так как на поверхности труб со стороны нагревающейся воды может откладываться осадок водяного камня, который сильно ухудшает теплоотдачу, необходимо предусмотреть возможность очистки теплообменника. По этой причине вода должна проходить по трубам, внутренняя поверхность которых в кожухотрубном теплообменнике легко доступна для очистки, в то время как межтрубное пространство (т.е. наружная поверхность труб) практически для очистки недоступно.
Для повышения коэффициента теплоотдачи азота (у которого коэффициент теплоотдачи значительно ниже, чем у воды) принимаем конструкцию теплообменника с поперечным обтеканием труб азотом, т.е. с перегородками в межтрубном пространстве.
Примем ориентировочно коэффициент теплоотдачи К=60 Вт/(м2*К). Тогда требуемая площадь поверхности теплообменника:
По данным таблицы XXXIV принимаем одноходовой кожухотрубный теплообменник с диаметром кожуха 400 мм, числом труб 121 и длиной их 1,5 м. Диаметр труб 25*2 мм, шаг труб (расстояние между осями) 32 мм.
Уточненный расчет поверхности теплообмена:
Примем для азота Re=20 000 и рассчитаем коэффициент теплоотдачи по уравнению (4-29) для шахматного расположения труб. Имеем:
кожухотрубный теплообменник азот вода
Коэффициент теплоотдачи для азота:
где - коэффициент теплопроводности азота. Определим режим течения воды в трубах.
Скорость воды:
Критерий Рейнольдса:
где v = м2/с - кинематический коэффициент вязкости воды при 21 оС.
Режим течения ламинарный. Определим коэффициент теплоотдачи для воды, для чего необходимо вычислить произведение:
где а (в м2/с) - коэффициент температуропроводности воды, который в небольших пределах изменения температуры практически постоянен. Значение а необходимо брать по температуре пограничного слоя воды tп.с, равной:
Полагая, что в нашем случае лежит в пределах 5-15 К (это потом будет проверено), находим, что температура пограничного слоя воды будет равна от 23,5 до 28,5 оС и а=1,46*10-7 м2/с.
Таким образом:
По графику находим для вертикальных труб с учетом свободной конвекции Nu=7.5.
Коэффициент теплоотдачи для воды:
Вт/(м2*К)
где = 0,61 Вт/(м*К) - коэффициент теплопроводности воды при температуре 25 оС. Как и коэффициент температуропроводности а, в небольшом интервале температур коэффициент температуропроводности практически постоянен.
Термическое сопротивление стенки и загрязнений.
Коэффициент теплопередачи :
Требуемая площадь поверхности теплообмена:
В принятом теплообменнике F=14 м2. Запас поверхности составляет 20 %.
Проверка допущений, принятых при расчете коэффициента теплоотдачи для воды:
1) Было принято:
Удельная тепловая нагрузка в теплообменнике:
Тогда
2) Влияние свободной конвекции проявляется при Gr>4ReNu' и при GrPr>5-105:
где значение критерия Нуссельта без учета свободной конвекции Nu'=5 взято из графика на линии АА.
Критерий Грасгофа:
где =25,5-10-5 К-1 - коэффициент объемного расширения воды.
GrPr=1.9*105*6.22>5*105
где значение критерия Pr=6,22 взято при tп.с=25 оС.
Определение расстояния между сегментными перегородками в межтрубном пространстве. Площадь сечения для потока азота определяем следующим образом.
Принимаем стрелку сегментного выреза в перегородке b=0,5R. Тогда длина хорды . Средняя хорда На этой хорде расположено n'труб, причем n' = Lcр/t, где t-шаг труб - расстояние между их осями.
Площадь сечения для поперечного сечение потока азота:
Из последнего выражения находим h, определив S по уравнению расхода.
Плотность азота при рабочих условиях (t=50.5 oC, pa=1.5 ат):
При Re=20 000 скорость азота должна быть:
где =0,019*10-3 Па*с - динамический коэффициент вязкости азота при 50,5 оС.
Объемный расход азота при рабочих условиях:
Необходимая площадь сечения:
Из уравнения
находим:
где
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие и назначение, сферы применения и устройство, основные элементы кожухотрубного теплообменника. Последовательность теплового, гидравлического и прочностного расчетов кожухотрубного теплообменника, исследование необходимых справочных данных.
методичка [85,6 K], добавлен 23.01.2011Комплекс расчетно-графических работ, по конструированию, выбору кожухотрубного теплообменника и подбору вспомогательного оборудования к нему для проведения технологических процессов в мясной промышленности. Новизна принятых конструктивных решений.
курсовая работа [579,1 K], добавлен 16.05.2008Понятие и применение теплообменных аппаратов в производстве пищевых продуктов, их характеристики и классификация. Роль, значение и особенности технологического процесса стерилизации молока. Расчет проекта кожухотрубного теплообменника для нагревания.
курсовая работа [20,9 K], добавлен 07.05.2009- Математическое моделирование одноходового кожухотрубного противоточного теплообменника-подогревателя
Сфера применения и технологическая схема работы одноходового кожухотрубного противоточного теплообменника–подогревателя. Математическое описание процесса действия теплообменника-подогревателя для смесей газ-газ, жидкость-газ и жидкость-жидкость.
курсовая работа [259,8 K], добавлен 26.12.2014 Классификация теплообменных аппаратов. Расчёт гидравлического сопротивления теплообменника. Расчет холодильника первой ступени. Вычисление средней разности температур теплоносителей. Расчет конденсатора паров толуола и поверхности теплопередачи.
курсовая работа [688,1 K], добавлен 17.11.2009Конструкторский расчет рекуперативного кожухотрубного вертикального теплообменника, определение эскизной площади поверхности теплообмена. Компоновка трубного пучка и межтрубного пространства. Гидравлический и прочностной расчет теплообменного аппарата.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.12.2013Анализ аналога пластинчатого подогревателя, описание его достоинств и недостатков. Определение гидравлических и прочностных показателей, расчет тепловых и конструктивных параметров выбранного кожухотрубного подогревателя для пастеризации молока.
курсовая работа [638,3 K], добавлен 02.02.2011Индекс для горячего теплоносителя и средняя движущая сила процесса нагревания. Расход теплоты с учетом потерь, объемные расходы этанола и пара. Определение максимального значения площади поверхности. Проверочный расчет теплообменника, запас поверхности.
контрольная работа [43,0 K], добавлен 04.07.2010Технологическая схема, тепловой, материальный, гидравлический и конструктивный расчеты кожухотрубного теплообменника. Определение средней движущей силы процесса, расхода охлаждающей воды и требуемой поверхности теплообмена для разного расположения труб.
реферат [220,9 K], добавлен 07.03.2015Расчет кожухотрубчатого теплообменника для охлаждения природного газа. Определение физических характеристик охлаждаемого газа, коэффициента теплоотдачи для трубного пространства. Расчет тепловой изоляции теплообменника. Конструктивно-механический расчет.
курсовая работа [800,9 K], добавлен 09.12.2014Цикл с дросселированием и предварительным внешним охлаждением. Полезная удельная холодопроизводительность компрессора. Расчет теплообменника дроссельной ступени и ступени предварительного охлаждения. Определение коэффициента теплоотдачи.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 06.06.2013Тепловой баланс, гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника, тепловая нагрузка аппарата. Расчет площади теплообменника и подбор коэффициентов теплопередачи. Расчет параметров и суммарная площадь для трубного и межтрубного пространства.
курсовая работа [178,8 K], добавлен 09.07.2011Проект горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации и охлаждения паров уксусной кислоты. Технологический расчет коэффициента теплопередачи, конденсатора, определение площади поверхности теплообмена. Подбор шестиходового теплообменника.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.09.2014Выбор из типовых теплообменников оптимального с точки зрения эффективности теплопередачи. Определение стоимости теплообменника. Относительное движение теплоносителей в поверхностных теплообменниках. Температурная схема движения потоков при прямотоке.
контрольная работа [178,4 K], добавлен 04.12.2009Классификация теплообменных аппаратов. Проведение поверочного теплового и гидравлического расчётов нормализованного кожухотрубного теплообменного аппарата, предназначенного для охлаждения масла водой с заданной начальной и конечной температурой.
контрольная работа [64,1 K], добавлен 16.03.2012Конструкторский расчет рекуперативного теплообменника. Выбор стандартной модели биметаллического воздухонагревателя типа КсК при заданных исходных данных (греющей и нагреваемой среды и их начальных и конечных температур). Оптимальные условия его роботы.
курсовая работа [53,7 K], добавлен 15.07.2010Технологическая схема теплообменной установки. Схема движения теплоносителей. Конструктивные характеристики теплообменника, его тепловой, гидравлический, механический расчет. Оценка тепловой изоляции. Расчет и выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [591,2 K], добавлен 10.04.2017Характеристика теплообменника с плавающей головкой (конструкция, размеры, рабочая среда). Выбор конструкционного материала. Расчет деталей на прочность и подбор стандартных или унифицированных деталей. Требования к изготовлению и параметры теплообменника.
курсовая работа [583,1 K], добавлен 21.03.2012Определение тепловой нагрузки на аппарат. Обоснованный выбор теплоносителя, который будет двигаться по трубному пространству. Конструирование и гидравлический расчет необходимой поверхности теплообменника для конденсации хлороформа оборотной водой.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 02.05.2011Методика и критерии подбора спирального теплообменника, который необходим при производстве виноградного сока. Расчет теплообменного аппарата: определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции.
курсовая работа [25,7 K], добавлен 21.03.2011
