Материал: создана теория химического строения
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Определим расход теплоты и расход масла. Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (масла), индекс «2» - для холодного теплоносителя
(бензина).
1. Находим среднюю разность температур:
150 масло 100 °С;
|
|
25 |
бензин |
|
tб = 125°С
120° С; tм = 20°С
tñð = |
|
tá - |
|
ln( |
tá / |
||
|
tì |
|
tì |
) |
= |
125 - 20 |
|
ln(125 / 20) |
||
|
= 58,33°С
где |
tс р |
- средняя разность температур |
|
2. Найдем среднюю температуру бензина:
t2 = 0,5 (120 + 25) = 72,50 С;
3. Средняя температура масла:
t1 = t2 +
t– ð
= 72,50 + 58,33 =130,83 С
4. Находим количество теплоты, передаваемой бензину в теплообменнике:
Q=G2·c2(t2к – t2н)
где:
Q – тепловая нагрузка аппарата, кДж/кг
G2 - массовый расход бензина, кг/час
с2 = 2,03 кДж/кг∙град – теплоемкость бензина
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Q=13000·2,03·95=2 507 050,00 кДж/час
5. Находим необходимое количество масла для нагрева бензина:
G1 = |
Q |
= |
2507050,00 |
= |
||
c1(t1í |
- t1ê ) |
1,67 • (150 - 100) |
||||
|
|
|
||||
30 024,55 кг/час
где:
G – массовый расход масла, кг/час
c – удельная теплоемкость компонента, кДж/кг·°С tн – начальная температура компонента, °С
tк – конечная температура компонента, °С
Q – тепловая нагрузка аппарата по бензину. 5. Объемный расход масла и бензина:
V=G/ρ·3600
где:
V – объемный расход веществ, м3/с
G – массовый расход веществ, кг/час
ρ – плотность веществ, кг/м3
V1= 30 024,55 /880·3600=9,48·10-3 м3/с
V2=13 000,00/720·3600=5,02·10-3 м3/с
6. Величину поверхности теплообмена определяю из уравнения [1,175]
Fìò = |
Q |
= |
2507050,00 |
= 97ì 2 |
|
Kìò • t„ò |
450 • 58,33 |
||||
|
|
; |
|||
|
|
|
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
где:
F – поверхность теплообмена, м2
К – коэффициент теплопередачи для данного типа оборудования,
выбирается по таблице, кДж/час [1, 180],
О”t – разность температур; °С
Q – количество теплоты, передаваемое в теплообменнике бензину,
кДж/м2 ∙ час ∙ град [1,175]
Из величины F следует, что проектируемый теплообменник может быть многоходовым. Поэтому для правильности расчета нужно сделать поправку
для многоходовых теплообменников.
Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Бензин направим в трубное пространство, так как это активная среда, масло - в межтрубное
пространство.
7. В теплообменных трубах 25*2 мм по ГОСТ 15120-79 скорость течения смеси при Re > 10000 должна быть более. Для расчета критерия
Рейнольдса:
Рассчитываем проточное сечение в трубном пространстве: [1,176]:
|
π*d2 |
|
|
F1 = 397 |
1 |
; |
|
4 |
|
||
|
|
|
|
где:
f1 – проточное сечение; м2
d1 – диаметр трубопровода, м2
f1 = 397 3,14*0,000625 = 0,2 м2 4
13. Скорость движения в трубках [1,175]:
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
с1 = V1 ;
3600*f
где V1 – объемный масла при средней температуре, м3/час f1 – проточное сечение; м2
с1 – скорость движения в трубках, м/с
с = 30В 024,55 = 41,7 м/с 3600В·0,2
8. Число труб, обеспечивающих такой режим, должно быть:
|
|
|
5,02В · 10−3 |
|
|
= |
|
= |
|
|
= 245 штуки |
|
|
|
|||
|
, в€™ в€™ |
|
0,785в€™0,000625в€™41,7 |
|
|
|
|
|
|||
т.е. число труб n < 245.
9. Рассчитываем проточное сечение в межтрубном пространстве:
[1,176]:
|
π*d2 |
|
|
F2 = 397 |
2 |
; |
|
4 |
|
||
|
|
|
|
где:
f2 – проточное сечение; м2
d2 – диаметр трубопровода, м2
f2 = 397 3,14*0,64 = 199,45 м2 4
10. Скорость движения в межтрубном пространстве: [1,175]:
С2 = V2 ;
3600*f
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
где V2 – объемный масла при средней температуре, м3/час f2 – проточное сечение; м2
с2 – скорость движения в трубках, м/с
с = |
13В 000,00 |
|
= 0,2 м/с |
|
3600В·199,45 |
||||
|
|
|||
Выберем вариант теплообменника
Теплообменник «кожухотрубный» D = 600; d = 25*2; z=4; n/z = 206; L =
6 м.
Скорость течения в трубах, для обеспечения турбулентного режима,
должна быть более 41,7 м/с.
а) Трубное пространство. Определим критерии Рейнольдса и Прандтля для масла:
9. Критерий Рейнольдса:
Re1 = G1/[0,785dвн(n/z) 1
где Re1 – критерий Рейнольдса,
G1 – расход нагревающего масла, м3/час, dвн –диаметр трубок = 0,03,
1 – вязкость масла, 1,2·10-3 Па·с
Re1 = 30 024,55 /[0,785 0,025(52/2) 1,2 10-3 = 40 863,07
10. Режим движения турбулентный в этом случае критерий Нуссельта:
Nu1 = 0,021Re10,8Pr10,42(Pr1/Prст2)0,25,
где Рr2 = 10,02 – критерий Прандтля для бензина при 20 С