Размещено на http://www.allbest.ru/

Методические рекомендации:

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА

1. Определение расхода охлаждающей жидкости

Взаимное направление движения потоков в теплообменнике во всех вариантах задания принять противоточным.

Расход охлаждающей жидкости (кг/с) определить из уравнения теплового баланса: G_рC_р (t_р^K-t_р^H)=G₁C₁ (t_п^H- _п^K)

откуда G_р =, кг/с (1)

где С_р и С_п -- теплоемкости продукта и рассола, соответственно, Дж/(кг К).

Теплоемкости жидкостей принимаем по средней температуре. Недостающие значения определяем интерполяцией.

Средние температуры (С) жидкостей определяем по формулам:

-для продукта t_п^ср =, С (2)

-для рассола t_р^ср =, С (2¹)

Температурой охлаждающей жидкости t_р^K на выходе из холодильника задаемся! Следует иметь в виду, что с повышением t_р^K уменьшается расход рассола; однако уменьшается и средняя разность температур. Температуру t_р^K принимаем выше начальной температуры t_р^H на 9- 16 С

Температурой нагревающей жидкости t_в^K на выходе из ТА задаемся!

Температуру t_в^K принимаем выше начальной температуры t_п^к на 9- 16 С

2. Определение средней разности температур

Средняя разность температур (С) в общем случае определяется как среднелогарифмическое из крайних значений разностей температур;

t_cp =, С (3)

Для определения средней разности температур между средами по выбранной схеме движения теплоносителей необходимо построить график изменения температур сред вдоль поверхности и вычислить большую t_б и меньшую t_M разности температур:

t_б = t_п^H-t_р^K , С (4)

t_M = t_п^K-t_р^H , С (5)

где Дt_б, Дt_м- большая и меньшая разность температур между горячим и холодным теплоносителем на концах теплообменника.

Причем если Дt_б/Дt_м?2, то Дt_ср.=(Дt_б+Дt_м)/2 (6)

3. Определение диаметров труб теплообменника

Предполагается два варианта движения жидкостей:

Рассол (вода) движется по внутренней трубе, а продукт в межтрубном пространстве.

Продукт движется по внутренней трубе, а рассол (вода) в межтрубном пространстве

Из уравнения расхода для жидкости перемещающейся в трубном пространстве (сечение S₁ определить внутренний диаметр (d_B, м) меньшей трубы.

d_B =1,13, м или d_B =1,13, м (7)

Из уравнения расхода жидкости перемещаемой в кольцевом сечении (S₂) определить внутренний диаметр большой трубы, м:

D_B =, м или D_B =, м (8)

где ₁, ₂ -- соответственно скорости движения жидкостей в межтрубном и трубном пространствах, принимаемые в пределах (0,7 -- 2 м/с);

_п, _р-- соответственно плотности (кг/м³) продукта и рассола (воды.

Окончательно принимаем (по ГОСТ 9930-78 диаметры труб d_н и D_н, ближайшие к рассчитанному. Рекомендуется применять кожуховые трубы с наружным диаметром D_н - 57, 76, 89, 108, 133, 159, 219 мм.

4. Определение коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи (К, Вт/(м²*К) определяется с учетом термического сопротивления загрязнения со стороны охлаждающей жидкости:

К = (1/₁+1/₂+R_CT)^-1,Вт/ (м²*К) (9)

где _{1, 2} - соответственно коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке трубы и от стенки к нагреваемой жидкости, Вт/ (м² ч);

-R_CT - термическое сопротивление стенки трубы м²/( Вт *К);

R_CT = _СТ/_СТ+_ЗАГ/ _ЗАГ , (м² *К)/Вт.;

где _СТ, _ЗАГ -- толщина металлической стенки трубы и загрязнения, м; (_ЗАГ принять 0.5-- 1 мм);

_СТ - коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/(м*К);

Величину термического сопротивления загрязнения _ЗАГ/ _ЗАГ для холодильных рассолов, из которых откладывается загрязнение на поверхности теплообмена принять равной 0,0002 (м² *К)/Вт.

4.1 Определение коэффициентов теплоотдачи

Величина коэффициентов теплоотдачи зависит от гидродинамических факторов, их физических параметров, геометрических размеров поверхности теплообмена и представляет собой сложную функциональную зависимость, реализуемую с помощью теории подобия из критериального уравнения Нуссельта, характеризующего интенсивность теплообмена в Вт/ (м² ч)

Nu = (10), откуда _{п, р} = (11)

Если оба теплоносителя являются жидкостями и движение является вынужденным (например, насосная подача), критерий Нуссельта является функцией критериев Рейнольдса и Прайдля: Nu = f (Re; Rr)

В этом случае сначала необходимо определить критерии Рейнольдса и Прандля для обоих сред:

Re= (12)

Pr= (13)

где -скорость движения среды по трубам (принимают в пределах 0,7-2 м/с);

- коэффициент динамической вязкости жидкости, Па с.

d -- эквивалентный диаметр трубы, м;

для внутренней трубы d _экв = d_B, м.

для кольцевого сечения d _экв = D_B-d_H, м.

л - коэффициент теплопроводности жидкости (рассол, продукт).Вт/ (м. С).

Далее определить режимы движения рассола и продукта, вычислив по формуле(12) число Рейнольдса и по формуле (13) критерии Прандля.

Затем по установленному режиму движения жидкости решить критериальное уравнение Нусельта по формуле:

а) для турбулентного режима движения (Rе> 10000)

Nu⁼ 0,023 Re^0,8 Pr^0,4 = 0,02337219^0,813,2^0,4 = 184,7 (13)

б) для переходного режима (10000>Re>2300)

Nu⁼ 0,008 Re^0,9 Рr^0,43 = 0,0088881^0,96,1^0,43 = 31,945 (13¹)

Если при расчетах Re<10000, необходимо определить новые скорости движения теплоносителей, при которых режим движения будет турбулентным или переходным. Принимают значения критерия Рейнольдса 10000-15000, тогда: щ_труб.= (10000-15000)щ/Re, (14)

Подставляя значение скорости щ_труб в формулу (7) определяют диаметр внутренней (теплообменной) трубы и далее по формуле (8) диаметр наружной кожуховой трубы, уточняем значения критерия Рейнольдса.

Для соответствующих режимов движения, используя критериальное значение Nu определяются искомые коэффициенты теплоотдачи, Вт (м² С) для рассола и продукта по формуле (11).

теплообменник расчет температура жидкость

5. Определение, поверхности теплообмена и основных размеров теплообменника

Поверхность (F, м²) теплообмена определяется из уравнения теплопередачи и равна

F = ,м² (15)

Q = G_п C_п (t_п^H-t_п^K), (Вт) (16)

где Q-- количество тепла, отнимаемого от продукта, Вт;

С₁ -- теплоемкость продукта, Дж/(кг °С).

Окончательно поверхность теплообмена теплообменника выбирается из ряда

F = 2,5; 4,0; 6,0; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 80 м²

Активная длина труб (м), участвующих в теплообмене

L = . м (17)

где d_Р -- расчетный диаметр, м;

Расчетный диаметр принимают:

d_Р == d_В при _{1 2} (18)

d_Р = 0,5 (d_B + d_H) при _{1 2};

d_Р = d_H при _{1 2}

Исходя из конструктивных соображений, задаются длиной одного элемента и тогда общее число элементов (шт.) составит:

, шт (19)

где l_эл-длина кожуховых труб ТА (принимается равной 1,5; 3,0; 4,5; 6,0; 9,0; 12 м)

Зная общее число элементов необходимо выполнить технологическую схему компоновки ТА, используемую в гидравлическом расчете.

6. Определение диаметров патрубков

Диаметры (d_П, м) входных и выходных патрубков для кольцевого сечения определяются по формуле:

d_{пв (S2)} = 1,13 , м или d_пв(S2) = 1,13 , (20)

Диаметры патрубков для внутренней трубы равен ее внутреннему диаметру. d_пв(S1)=d_в, м.

Окончательно принимаем по ГОСТ 9930-78 наружные диаметры труб (d_пн(S1) и d_пн(S2)) из которых изготовят патрубки, ближайшие к рассчитанным.

Зная d_пн(S1) и d_пн(S2) осуществим подбор фланцев для соединения элементов ТА.

Для соединения трубопроводов и крышек с корпусами применяют прочноплотные соединения, состоящие из двух фланцев и зажатой между ними прокладки.

7. Гидравлический расчет теплообменника

Целью гидравлического расчета является определение величины гидравлических сопротивлений теплообменника и определение мощности потребляемого двигателями насосов для перемещения молока и рассола.

Для расчета гидравлических сопротивлений в теплообменнике исходными данными являются ранее определенные:

-число элементов в секции;

-число секций;

-общая длина труб.

Далее стрелками показывают схему движения жидкостей в теплообменнике. Определяют характер и число местных сопротивлений.

Расчет ведут дважды, для трубного и межтрубного пространства отдельно.

Полная потеря давления в теплообменнике (Р, Па) подсчитывается по уравнению

Р = Р_СК + Р_ТР + Р_МС + Р_ПОД, Па (22)

где Р_СК -затрата давления на создание скорости потока на выходе из теплообменника, (Па);

Р_ТР -потеря давления на преодоление сопротивления трения, (Па):

Р_МС- потеря давления на преодоление местных сопротивлении (Па)

Р_ПОД - затрата давления на подъем жидкости, (Па).

7.1 Затрата давления на создание скорости потока

Р_СК = , Па (23)

где -- скорость движения жидкости в аппарате, м/с;

-- плотность жидкости, кг/м³.

7.2 Потеря давления на преодоление сил трения, н/м²

Р_ТР = , Па (24)

где L -- общая длина труб, м:

d_ЭКВ -- эквивалентный диаметр, м;

для внутренней трубы d _экв = d_B, м.

для кольцевого сечения d _экв = D_B-d_H, м.

-- коэффициент трения, зависящий от режима движения (число Re); и от степени шероховатости стенок груб (в расчете принять = 0,02--0,03).

7.3 Потеря давления на преодоление местных сопротивлении (поворот, сужение, расширение и т.д.)

Р_МС = , Па (25)

где о-- сумма коэффициентов местных сопротивлении.

При подсчете о необходимо воспользоваться технологической схемой компоновки ТА

7.4 Затрата давления на подъем жидкости

Р_ПОД = g H, Па (26)

где g -- ускорение свободного падения, м/с²;

- плотность жидкости, кг/м³

Н -- высота подъема жидкости, м

h_i -высота одного элемента, м (определяется графически по чертежу ТА)

Для подсчета значения Н воспользуемся схемой компоновки ТА.

Н = (h_i * х) + D_в + h_{п ,} м - для кольцевого сечения;

Н = (h_i * х) + d _в , м - для внутренней трубы.

7.5 Мощность, потребляемая двигателем насоса, (N, кВт)

N = , Вт (27)

где - G -- расход жидкости, кг/с;.

-плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³

Р -- потеря давления в аппарате, н/м²;

-к. п. д. насоса (центробежный --0,6--0,7).

Размещено на Allbest.ru

...