Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Ноября 2015 в 04:33, курсовая работа
Аппарат должен иметь высокую производительность, быть экономичным в эксплуатации. Достигается это путём повышения интенсивности теплообмена и максимального снижения гидравлических сопротивлений аппарата.
В пищевой промышленности наибольшее распространение получили кожухотрубные аппараты как одноходовые, так и многоходовые по трубному и не трубному пространству; с различными направлениями потоков теплоносителей и жёсткостью конструкции; однокорпусные и многокорпусные – элементные.
Введение…………………………………….………………………...………….….4
1.Общая часть……………………………………………………………………….5
1.1 Описание технологической схемы и устройства, принципа действия и назначения аппарата ……………………………………………………..……………….5
1.2 Сравнение данной конструкции аппарата с другими современными конструкциями; обоснование принятых конструктивных решений.………………....10
2.Расчётная часть……………………………………………………… …….……20
2.1 Расчёт конечной температуры и расхода холодного теплоносителя………20
2.2 Определение числа труб и скорости течения холодного теплоносителя в конденсаторе………………………………………………………………………….. 22
2.3 Определение средней движущей силы процесса теплопередачи…………. 24
2.4 Расчёт коэффициента теплоотдачи от стенки труб к холодному теплоносителю ………………………………………………………………………..…………26
2.5 Расчёт коэффициента теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке и коэффициента теплопередачи для обеих зон………………………………………...28
2.6 Определение основных размеров конденсатора…………………………..36
2.7 Расчёт тепловой изоляции конденсатора………………………….………..38
2.8 Расчёт диаметров штуцеров…………………………………………….…...39
3. Вопросы стандартизации……………………………………………….…..…41
4. Вопросы охраны труда и техники безопасности……………………….…...42
Заключение…………………………………………………………………….……44
Список использованной литературы……………………………
В общем случае средняя движущая сила определяется как среднеарифметическая разность по формуле
,
где
- большая разность температур;
- меньшая разность температур.
При соблюдении условия
,
движущая сила теплотередачи может быть рассчитана по упрощённому выражению как среднеарифметическая разность температур:
,
Рассчитываются разности температур на концах каждой из зон , , :
,
,
,
,
,
где
-температура холодного теплоносителя , на условной границе между зонами, определяется из уравнения теплового баланса первой зоны ( пренебрегаем тепловыми потерями в окружающую среду):
,
откуда
Для первой зоны и , при соблюдении условия (16) движущая сила для первой зоны расчитывается по формуле (17):
,
.
Для второй зоны и , при не соблюдении условия (16) движущая сила для второй зоны рассчитывается по формуле (15):
,
.
2.4 Расчёт коэффициента теплоотдачи от стенки труб к холодному теплоносителю
Значение коэффициента теплоотдачи от стенки труб к холодному теплоносителю для обеих зон принимается постоянное. При вынужденном движении жидкости в трубах расчёт коэффициентов теплоотдачи от стенки труб к холодному теплоносителю практически одинаков как для вертикальных, так и для горизонтальных кожухотрубчатых конденсаторов.
Все свойства холодного теплоносителя, входящие в критериальные уравнения для расчёта, определяются при средней температуре холодного теплоносителя , определённой выше по уравнению (4).
Значение критерия Рейнольдса определяется по формуле
,
где
- коэффициент кинематической вязкости холодного теплоносителя, , для воды определяется по из таблицы свойств воды.
.
.
Вид критениального уравнения для расчёта коэффициента теплоотдачи от стенки труб к жидкости зависит от режима течения жидкости. Который определяется значением критерия Рейнольдса.
Так как , режим течения жидкости турбулентный.
Для турбулентного движения жидкости в трубах ():
где
- коэффициент сопротивления трения, рассчитывается по формуле
- критерий Прандтля для холодного теплоносителя, рассчитывается по формуле
где
- коэффициент температуропроводности холодного теплоносителя, :
(26)
где
- коэффициент теплопроводности холодного теплоносителя, , для воды определяется по из таблицы свойств воды;
- удельная теплоёмкость холодного теплоносителя,.
Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному теплоносителю ,, определяется по критерию Нуссельта:
(27)
2.5 Расчёт коэффициента
теплоотдачи от горячего
Для каждой из зон независимо от другой рассчитываются значения коэффициента теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке и коэффициента теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю. Для первой зоны горячий теплоноситель – насыщенный пар, для второй – конденсат.
Для первой зоны определяется значение коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке труб ,. Все значения свойств, входящих в критериальные уравнения для расчётаотносятся к конденсату пара и для водяного пара определяются по таблицам воды по температуре конденсации пара .
Для конденсирующегося пара на горизонтальных трубах :
где
- критерий Нуссельта:
, отсюда ,
- определяющий линейный размер, для горизонтального конденсатора равен наружному диаметру трубы м.;
-коэффициент теплопроводности горячего теплоносителя, определяется по , для воды – из таблицы свойств воды,;
- коэффициент, учитывающий компоновку труб в горизонтальном пучке, определяется из таблицы числа труб, размещаемых в трубной решётке по правильным шестиугольникам, ;
- критерий Галилея:
(30)
где
- ускорение силы тяжести,, =9,8;
- наружный диаметр труб, м, =0,025м;
– критерий
Прандтля для конденсата;
- критерий конденсации:
,
где
- удельная теплота конденсации ( парообразования), ;
- удельная теплоёмкость конденсата греющего пара,, определяется по из таблицы свойств воды,
-движущая сила теплоотдачи от пара к стенке, ; это разность между температурой конденсирующегося пара и температурой стенки со стороны пара. Однако, температура стенки со стороны пара является неизвестной величиной, как и определяемый коэффициент теплоотдачи .
Эта задача решается методом последовательных приближений (итерационным) по следующему алгоритму.
Выражение в скобках в ходе интеграций не изменяется и его значение A вычисляется заранее. Тогда
,
где
и - толщина стенки труб и слоя загрязнений (накипи), м, = 0,0025м (2,5мм), принимаем = 0,001м (1мм- суммарная толщина слоя накипи с обеих сторон трубы);
и- коэффициент теплопроводности материала стенки и накипи, , для стали нержавеющей = 17, котельной накипи =2.
.
∆=
Решение:
∆ ≤ 2%.
= ,
= .
Для второй зоны определяется значение коэффициента теплоотдачи от конденсата к стенке труб , . все значения свойств, входящих в критериальные уравнения для расчёта определяются при средней температуре горячего теплоносителя (конденсата) во второй зоне , для конденсата водяного пара – по таблицам свойств воды.
Движение конденсата в межтрубном пространстве определяется свободной конвенцией. Критериальное уравнение для расчёта критерия Нуссельта для этого случая имеет вид:
для горизонтального конденсатора
при
где
- критерий Прандтля для конденсата, определяется по из выражений (25) и (26).
- критерий Грасгофа, рассчитывается по выражению
,
где
- кинематическая
вязкость горячего
- коэффициент объёмного
расширения горячего
-разность
между температурами
Поэтому значения и рассчитываются методом последовательных приближений ( итерационным) по следующему алгоритму.
,
где
-коэффициент теплопроводности конденсата, , определяется по , для воды – из таблицы свойств воды.
,
,
Ω=,
Расчёт:
2.6 Определение основных размеров конденсатора
Площадь поверхности теплообмена первой зоны , ,определяется из основного уравнения теплопередачи
,
Площадь поверхности теплообмена второй зоны , ,определяется из основного уравнения теплопередачи
,