"Расчет кожухотрубного теплообменника для стерилизации масла" - Расчет кожухотрубного теплообменника для стерилизации масла

Задание

Спроектировать кожухотрубный теплообменник для нагревания G, кгс, продукта от начальной температуры t2Н до конечной t2К теплоносителем с начальной температурой t1Н и конечной температурой t1К.

Исходные данные для расчета:

Производительность G = 1,39 кгс

Начальная температура масла t2Н = 25ОС

Конечная температура масла t2К = 135ОС

Общее допустимое гидравлическое сопротивление Р = 0,5 МПа

Степень сухости водяного пара Х = 0,9

Коэффициент рекуперации тепла е = 0,8.

Продукт - растительное масло (подсолнечное масло рафинированное).

Теплоноситель - водяной пар.

Тип аппарата - вертикальный.

Тепловой расчет:

1. Определяем среднюю температуру продукта (масла) в подогревателе:

TМ = 0,5(t2Н+ t2К)

TМ = 0,5(25+135)=80ОС

2. Определяем физические характеристики продукта при tм = 80оС по табл.14 [5]:

Удельная теплоемкость продукта сР = 2,03 кДж(кг*К);

Плотность продукта с= 884 кгм3.

Кинематический коэффициент вязкости н = 10,4*106 м2С.

Коэффициент теплопроводности масла л = 0,159 Вт/(м*К)

Значения критерия Прандтля Pr = 117,3

3. По давлению пара Р определяем характеристики насыщенного пара по табл. 11.2[6]:

Температура пара tП =151,1ОС;

Удельный объем насыщенного пара V = 0,3747 м3Кг;

Теплота парообразования r = 2111,0 кДжкг

4. Количество тепла, необходимое для подогрева продукта (масла) до заданной температуры:

Q = GМ*CP(t2К - t2Н )цN, кВт

Где цN - поправочный коэффициент на потери тепла в окружающую среду, определяемый в долях единицы. цN = от 1,03 до 1,05

Q = 1,39*2,03(135-25)*1,04=322,8 кВт

    5. Рассчитываем среднюю разность температур (средний температурный напор). ?tср = (?tБ - ?tМ )2,3lg(?tБ ?tМ);

Где ?tБ = TП - t2Н; ?tМ = tП - t2К; ОС.

    ?tБ = 151,1 - 25 =126,1 ОС; ?tМ =151,1 - 135 = 16,1 ОС. ?tср = (126,1 - 16,1)2,3 lg(126,116,1) = 53,4 6. Задаем скорость движения в трубах, она лежит в пределах W'м = (0,6 - 1,5), мс.

Принимаем W'М = 0,9 мс.

7. Задаем внутренний dв и наружный dн диаметр трубок, учитывая, что внутри трубок протекает продукт, а снаружи трубки омываются паром.

DВ =0,021 м, dН = 0,026 м.

8. Определяем необходимое количество трубок для обеспечения данной скорости продукта в одном ходу:

N'=G/2825dВ2W'МСМ.

N' = 1,39*36002825*(0,021)2*0,9*884 = 5,03

Значение n? округляем до целого десятка n = 10 трубок.

9. Уточняем скорость движения продукта по трубам по количеству трубок:

WМ = 3600*GМ/2825dВ2СМ n, мс.

WМ =1,39*36002825*(0,021)2*884*10= 0,65 мс.

10. Находим значение коэффициента теплоотдачи Ь2:

Ь2 = NuF*лF/dВ;

Для определения коэффициента теплоотдачи Ь2 рассчитываем критериальное уравнение:

NuF = 0,0225*ReF0,8*PrF0,4

NuF, лF, НF, - физические параметры продукта определяемые при средней температуре продукта.

ReF = WМDВНF; ReF =<1*104 => режим движения масла ламинарный.

NuF = 0,0225*(1312,5)0,8*(117,3)0,4 = 47,25

Б2=

11. Определяем необходимую поверхность нагрева продукта с учетом возможности загрязнения:

FН = Qб2ДtСрЗЗ; Где зЗ - коэффициент загрязнения (зЗ = 0,7-0,9).

FН =

    12. Выбираем число ходов продукта по трубкам подогревателя, оно может быть 2, 4, 6 (выбирается в первом приближении произвольно). Принимаем z = 4. 13. Средняя длина трубки одного хода:

I1 = FН рdНZМ; м

I1 =

14. Рабочая длина одной трубки:

L = l1Z;

L =

15. Расход пара на подогрев продукта составляет:

GN = QзН ; кгч

ЗН - коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду при наличии изоляции (1,1 - 1,3).

GN =

16. Число отверстий под трубки в трубной доске:

NО = zМ*n

NО = 4*10 = 40

17. Внутренний диаметр корпуса:

ДВ = NО*dН

ДВ = 40 *0,026 =1,04м

18. Число труб, размещенных на диаметре трубной решетки (наибольшей диагонали шестиугольника):

ND = 3v (4FР / 3t*f*в),

Где в - отношение высоты или длины теплообменника к его диаметру:

В = Н/D = L/D, в = 3-5, примем в = 3; t - шаг размещения трубок, м.

ND = 3v 4*21,6 / 3*0,033*0,18 = 3v 4848,48 = 16,9 ? 17.

Пусть трубки на трубной решетки закреплены сваркой, тогда t = 1,25dН,

T = 1,25*0,026 = 0,033 м.

F - поверхность одного метра трубы принятого диаметра, м2:

F = 2рr(r+h)/3 = 2*3,14*0,013*(0,013+6,6)/3 = 0,18.

    18. Внутренние диаметры кожухов, изготовленных сваркой, рекомендуется принимать от 400 до 3000 мм через каждые 200 мм. Если корпус выполняется из труб, то наружный диаметр выбирают равным 159, 273 или 325 мм. Пусть внутренний диаметр кожуха равен 2500мм = 2,5 м, а наружный корпуса - 325 мм = 0,325 м. 19. Общее число труб, размещаемых в пределах правильного шестиугольника,

N = 0,75(nD2 - 1) + 1,

N = 0,75*(172 - 1) + 1 = 217.

20. Диаметр трубной решетки или внутренний диаметр кожуха теплообменника для многоходового теплообменника:

DВн = 1,1t ? n/з, где з = от 0,6 до 0,7.

DВн = 1,1*0,033*v 217/0,6 = 0,7 м

21. Полная высота теплообменника, м:

Н = l + 2д +2h,

Где д - толщина трубной решетки, м; h - высота предтрубной камеры, м; конструктивно принимают от 200 до 400 мм, примем h = 300 мм = 0,3м.

Д = 2,8 мм по табл.29 [5]

Н = 1,65 + 2*2,8 + 2*0,3 = 7,85 м.

22. Число ходов в межтрубном пространстве:

ЖМтр = 0,785[(DВн - ndН2)сщМтр] / GМтр,

ЖМтр = 0,785[(1,042 - 217*0,0262)884*0,65] / 1,39 = 303,38

23. Расстояние между сегментными перегородками межтрубного пространства:

H = SМтр/[D(1 - dН/S)],

Где SМтр - проходное сечение межтрубного пространства кожухотрубного аппарата (без перегородок), м2:

SМтр = 0,785(DВн2 - ndН2),

SМтр = 0,785( 0,72 - 217*0,0262) = 0,27м2,

    S - живое сечение прохода теплоносителя, м2: S = G/щс, S = 1,39/0,65*884 = 0,0024 м2.

H = 0,27 /0,7*(1 - 0,026/0,0024) = 0,092 м = 92 мм.

Похожие статьи




"Расчет кожухотрубного теплообменника для стерилизации масла" - Расчет кожухотрубного теплообменника для стерилизации масла

Предыдущая | Следующая