Расчет тепловой нагрузки конденсатора

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 8Следующая ⇒

Примем индекс “1” для горячего теплоносителя (хлоргаза), индекс “2” для холодного теплоносителя (рассола).

Среднюю температуру t₂, °С, рассола определяем согласно [19, С.214]:

t₂ = 0, 5× ( t_2n + t_2k ), (3.1)

где t_2n - температура рассола на входе, °С;

t_2k - температура рассола на выходе, °С.

t₂ = 0, 5× [(-30) + (-27)] = -28, 5 °С.

Среднюю температуру хлоргаза, t_l, °C, определяем согласно [19, С.214]:

t_l - t₂ + dt_cp, (3.2)

Среднюю разность температур при противотоке теплоносителей dt_cp, °C, определяем согласно [19, С.214]

dt_cp = ( dt_б - dt_м) / ln ( dt_б/ dt_м ), (3.3)

где dt_б - большая разность температур, °С;

dt_м - меньшая разность температур, °С.

Для определения большей и меньшей разностей температур, рассмотрим температурные переходы при теплопередаче

хлоргаз

+30 ———> -26, 7

рассол

-27 < ——— -30

dt= 57 dt= 3, 3

Соответственно принимаем:

dt_б = 57 °C dt_м = 3, 3 °C

Тогда средняя разность температур при противотоке составит:

dt_cp = ( 57- 3, 3 ) / ln ( 57 / 3, 3 ) = 18, 85 °С

Средняя температура хлоргаза составит:

t₁ = -28, 5 + 18, 85 = -9, 65 °С

С учетом потерь холода в размере 5%, тепловую нагрузку определяем согласно [19, С.45]:

Q = 1, 05 × U₁× r₁× ( H_lн – c₁ × t_1к ), (3.4)

где Q - тепловая нагрузка конденсатора, Вт;

U₁ - объемный расход хлоргаза, м³/ч;

r₁ - плотность хлоргаза при его средней температуре, кг/м³;

Н_1н - энтальпия перегретого пара хлоргаза, Дж/кг;

c_l - удельная теплоемкость хлоргаза, Дж/(кг× £ );

t_1k - конечная температура хлора, С.

Согласно исходных данных объемный расход хлоргаза:

U₁ = 3340 м³/ч

Согласно [2, С.10] плотность хлоргаза при его средней температуре составит:

р₁ = 4, 11 кг/м³.

Согласно [2, С.10] энтальпия перегретого пара хлоргаза составит:

Н_1н= 529000 Дж/кг

Согласно [2, С.12] удельная теплоемкость хлоргаза составит:

c_l = 355 Дж/(кг× °С)

Тепловая нагрузка конденсатора:

Q = 1, 05 × 3340 × 4, 1 × [52900 - 355 × (-26, 7)] /3600 = 231860, 9 Вт

Массовый расход холодного теплоносителя G₂, кг/с, определили согласно [17, С.19]:

G₂ = Q / с₂ × (t₂_k - t₂_h); (3.5)

где Q - тепловая нагрузка конденсатора, Вт;

с₂ - удельная теплоемкость рассола, Дж/(кг× °С);

t_2k - температура рассола на выходе из конденсатора, °С;

t₂_h - температура рассола на входе в конденсатор.

Удельная теплоемкость рассола с₂, Дж/(кг× °С), определили согласно [2, С.15]:

с₂ = 2706, 74 Дж/(кг× °С)

G₂ = 231860, 9 / ( 2706, 74 × [ (-27) - (-30) ] ) = 28, 56 кг/с

Массовый расход хлоргаза, G₁, кг/с, определили согласно [19, С.216]:

G_l = U₁ × r₁, (3.6)

где U₁ - объемный расход хлоргаза, м3/ч;

r₁ - плотность хлоргаза при его средней температуре, кг/м³.

Объемный расход хлоргаза приняли:

U₁ = 3340 м³/ч

Согласно [2, С.10] плотность хлоргаза при его средней температуре составит:

р₁ = 4, 11 кг/м³

Массовый расход хлоргаза составит:

G₁ = 3340 × 4, 11 / 3600 = 3, 54 кг/с

Объемный расход рассола определяем согласно[16, С.216]:

U₂ = G₂ / p₂ (3.7)

где G₂ – массовый расход рассола, кг/с;

р₂ - плотность рассола при температуре минус 28, 5 °С.

Массовый расход рассола определили в формуле (3.5) настоящего диплома:

G₂ = 28, 56 кг/с

Определим варианты теплообменных аппаратов согласно ГОСТ 15118, ГОСТ 15120 и ГОСТ 15122.

Для этого приняли ориентировочно значение площади поверхности теплообмена, полагая что, согласно [12, С.47] коэффициент теплопередачи:

К_ор = 60 Вт / (м × °С)

т.е. приняв его таким же, как и при теплообмене от газа к жидкости.

Согласно [19, С.216] ориентировочная площадь поверхности F_ор теплообмена в конденсаторе:

F_ор = Q / ( К_ор × dt_ср ) (3.8)

где Q – тепловая нагрузка конденсатора, Вт;

К_ор – значение ориентировочного коэффициента теплопередачи, Вт/(м× °С);

t_ср – средняя разность температур при противотоке, °С.

Тепловую нагрузку конденсатора определили в формуле (3.4) настоящего диплома:

Q = 231860, 9 Вт

Согласно [12, С.47] значение ориентировочного коэффициента теплопередачи от газа к жидкости:

К_ор = 60 Вт/ (м × °С)

Среднюю разность температур при противотоке теплоносителей определили в формуле (3.3) настоящего диплома:

dt_cp = 18, 85 °С

Ориентировочная площадь поверхности теплообмена в конденсаторе:

F_op = 231860, 9 / ( 60 × 18, 85 ) = 215, 6741 м² = 216 м²

Согласно ГОСТ 15118, ГОСТ 15120 и ГОСТ 15122 наметили наиболее оптимальные варианты теплообменных аппаратов для полученной площади теплообмена

1	2	3	4	5	6	7	8	9
800	“25*2”	1	465	219	0, 07	0, 079	0, 161	6, 0

где 1 - диаметр кожуха D_k, мм;

2 - диаметр труб, мм;

3 - число ходов;

4 - общее число труб в штуках;

5 - площадь теплообмена при длине трубы, указанной под индексом 9, м²;

6 - площадь поперечного сечения потока в вырезе перегородок, м²;

7 - площадь поперечного сечения потока между перегородками, м²;

8 - площадь поперечного сечения одного хода по трубам, м².

Произвели выбор теплообменника с площадью теплообмена, наиболее приближенной к ориентировочной, т.е.:

F =226 м².

3.4 Расчет гидравлического сопротивления кожухо-трубчатого теплообменника

Скорость движения горячего теплоносителя в трубах определили согласно [12, С.68]:

W_тр = 4 × G_тр × z / (П × d × n × r_тр) (3.9)

где G_тр - массовый расход хлоргаза, кг/с;

z - число ходов;

d - внутренний диаметр трубки, м;

n - число труб в пучке;

r_тр – плотность теплоносителя, текущего в трубах, кг/м³.

Массовый расход хлоргаза, G_тp, кг/с, проходящего в трубах, определили в формуле (3.6) настоящего расчета:

G_тp = G₁ = 28, 56 кг/с

Число ходов в теплообменнике приняли согласно ГОСТ 15120:

z = 1

Внутренний диаметр трубки приняли согласно ГОСТ 15120:

d = 0, 021 м

Число труб в пучке приняли согласно ГОСТ 15120:

n = 465

Плотность теплоносителя, текущего в трубах, приняли согласно ГОСТ 15120:

r_тр = 4, 11

Скорость движения горячего теплоносителя, W_тр, м/с:

W_тр = 4 × 28, 56 × 1 / (3, 14 × 0, 021 × 465 × 4, 11) = 3, 35 м/с

Число Рейнольдса определили согласно [12, С.13]:

Re = W_т_p × d_э × r₁ / m, (3.10)

где W_т_p - скорость движения горячего теплоносителя в трубах, м/с;

d_э - эквивалентный диаметр, м;

r₁ - плотность хлоргаза при его средней температуре, кг /м³;

m - динамическая вязкость.

Скорость движения горячего теплоносителя в трубах определили в формуле (3.9) настоящего расчета:

W_тр = 3, 35 м/с

Эквивалентный диаметр для круга диаметром d, м, определили согласно [12, С.14]:

d_э = d (3.11)

где d - внутренний диаметр трубки, м.

Согласно ГОСТ 15120 диаметр трубки d, м:

d = 0, 021 м

Согласно [12, С.14] приняли:

d_э = 0, 021 м

Плотность хлоргаза при температуре минус 9, 65 °С составляет:

r₁ = 4, 11 кг/м³

Динамическая вязкость хлоргаза m, Па× с, согласно [19, С.257] составляет:

m = 0, 0000117 Па× с

Число Рейнольдса:

Re = 3, 35 × 0, 021 × 4, 11 / 0, 0000117 = 24712, 69

Полученное значение числа Рейнольдса показывает, что движение газа в трубах является турбулентным.

В турбулентном потоке различают три зоны; для которых коэффициент трения рассчитывают по разным формулам:

а) для зоны гладкого трения, когда:

2320 < Re < 10/е, (3.12)

б) для зоны смешанного трения, когда:

10 / е < Re < 560 / е, (3.13)

в)для зоны, автомодельной по отношению к Re:

Re > 560/е, (3.14)

Для зоны гладкого трения коэффициент трения составит:

l = 0, 316 / Re, (3.15)

Для зоны смешанного трения коэффициент трения составит:

l = 0, 11 × (е + 68 / Re), (3.16)

Для зоны, автомодельной к числу Рейнольдса:

l = 0, 11 × е (3.17)

В формулах (3.14) - (3.17) е является относительной шероховатостью и определяется согласно [12, С.14]:

е = D / d_э, (3.18)

где D - абсолютная шероховатость трубы, м;

d_э - эквивалентный диаметр, м.

Согласно [12, С.14] для новых стальных труб абсолютная шероховатость:

d_э = 0, 00006 - 0, 0001 м

Для расчета выбрали значение абсолютной шероховатости:

D = 0, 0001 м

Относительная шероховатость трубы составляет:

е = 0, 0001 / 0, 021 = 0, 0048

Для расчета коэффициента трения произвели:

10 / е = 10 / 0, 0048 = 2083, 33

560 / е = 560 / 0, 0048 = 116666, 66

Определили сравнение, для коэффициента трения:

l = 0, 11 × ( е + 68 / Re ) (3.19)

Коэффициент трения X составил:

l = 0, 11 × (0, 0048 + 68 / 24712, 69 ) = 0, 0008

Механическая часть

Выбор конструкционных материалов для проведения реконструкции

Для изготовления обечайки конденсатора при условии, что теплообменный аппарат работает с неагрессивной средой, выбрали металлические листы из стали 16ГС ГОСТ 5520. Для изготовления трубок применили конструкционную углеродистую качественную сталь 20 ГОСТ 914.

Таблицы химического состава и механических свойств конструкционных материалов

Химический состав стали 16ГС приведен в таблице 4.1.

Механические свойства стали 16ГС приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.1 - Химический состав стали 16ГС

с,	Si,	Mn,	P,	s,
0, 12-0, 18	0, 40-0, 70	0, 90-1, 20	0, 035	0, 04
Cr,	Ni,	Cu,	As,	N,
0, 30	0, 30	0, 30	0, 08	0, 008

Таблица 4.2 - Механические свойства стали 16ГС

Термическая обработка	Твердость, НВ	Временное сопротивление разрыву, МПа	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %
Прокат	—	Более 450	Более 275	Более 21

Химический состав стали 20 приведен в таблице 4.3

Механические свойства стали 20 приведены в таблице 4.4

Таблица 4.3 - Химический состав стали 20

с,	Si,	МП,	P,	s,
0, 17-0, 24	0, 17-0, 37	0, 35-0, 65	0, 035	0, 04
Cr,	Ni,	Cu,	As,	N,
0, 25	0, 30	0, 30	0, 08	—

Таблица 4.4-Механические свойства стали 20

Термическая обработка	Твердость НВ	Временное сопротивление разрыву, МПа	Предел текучести, МПа	Относительно удлинение, %
Прокат	163	Более 390-490	Более 245	Более 25

Расчет на прочность элементов конденсатора

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2019-10-03; Просмотров: 273; Нарушение авторского права страницы