Тепловой баланс холодильника

Количество теплоты, которое необходимо отвести от раствора для его охлаждения:

 

Q = G_кон·с_кон·( t_кон – t_охл) = G_в·с_в·( t_к.в. - t_н.в.) (31)

 

Где:

G_кон - расход упаренного раствора, (кг/с);

G_в – расход воды, (кг/с);

с_кон - удельная теплоёмкость упаренного раствора при t_ср и x_кон, (Дж/кг·К);

с_в - удельная теплоёмкость воды, (Дж/кг·К).

 

Зададим начальную температуру воды:

t_н.в. =10 (°С)

 

Конечная температура раствора:

t_{кон ­}= 80, 7(°С)

 

 

Принимаем t_к.в.из интервала 25– 30 (°С):

t_­к.в= 30 (°С)

 

t­_охл= 25 (°С)

Найдём ∆ t­_б и ∆ t­_м­:

 

∆ t­_б = t_кон - t_{к.в. ­}(32)

 

∆ t­_б­ = 80, 7-30=50, 7(°С)

 

∆ t­_м = t_охл - t_{н.в. ­}(33)

 

∆ t­_м = 25 – 10= 15( ̊ С).

 

Рассчитаем среднюю разность температур ∆ t­_ср:

 

Dt_ср = (34)

 

Dt_ср = = 29, 31( ̊ С).

 

Среднюю температуру t_в найдём как среднее арифметическое:

 

t_в =

 

t_в = = 20(°С)

 

Средняя температура упаренного раствора t_{cp.конц.p}:

 

t_{cp.конц.p}= t_в + Dt_ср (35)

 

t_{cp.конц.p.} = 20+29, 31= 49, 31(°С)

 

Для этого рассчитаем теплоёмкость воды при t_{cp.конц.p}: (Приложение А, 3)

 

с_­0­ = 4223, 6 + 2, 476·49, 31·log(49, 31/100) = 4, 186·10³ Дж/(кг·К);

 

c­_кон­=4186+(-5297, 21+6942, 68·0, 1+14, 84·49, 31-14, 15·10^-3·49, 31²)·0, 1

c­_кон=3, 795·10³(Дж/кг·К);

 

Тогда по формуле (31) количество теплоты равно:

 

Q = 0, 38·3, 795·10³·(80, 7-25) =0, 8·10⁵ (Вт)

 

Найдем расход воды по формуле:

 

Q = G_в·с_в·( t_кв – t_нв)

 

Рассчитаем с_в(Приложение А, 3):

с_в = 4223, 6 + 2, 476·20·log(20 /100) = 4, 188·10³( Дж/(кг·К));

Тогда:

G_в = 0, 8·10⁵ /4, 188·10³·(30-10)=0, 95 (кг/с)

 

Ориентировочный расчёт и выбор холодильника

Зададим ориентировочный коэффициентом теплопередачи от жидкости к жидкости [2], c.172:

K_{ориент­} = 1250( Вт/(м­_­²·К))

 

Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (30):

F = 0, 8·10⁵ / ( 1250·23, 78) = 2, 6(м²)

 

С учётом запаса:

F = 1.1 ·2, 6= 2, 86(м²)

 

Рассчитаем скорость течения раствора w_трпо трубному пространству холодильника с диаметром труб d = 25x2 мм и площадь сечения трубного пространства, необходимая для обеспечения необходимого режима течения.

 

Зададимся Re:

Re = = 10000 (36)

 

Где:

m­_кон - вязкость раствора при температуре t_{cp.конц.p} и x_кон.;

r­_кон - плотность раствора при температуре t_{cp.конц.p} и x_кон, (кг/м³);

d_э – эквивалентный диаметр, (м);

w_тр –скорость течения раствора в трубном пространстве, (м/с).

 

Найдём m­_кон при t_{cp.конц.p}и x­_кон(Приложение А.2):

m_­в­ = 0.59849·(43.252 +49, 31)^-1.5423 = 5, 54·10^-4 (Па·с)

m­_кон=

m­_кон=2, 1·10^-4(Па·с)

 

Найдём r­_кон – плотность раствора при t_{cp.конц.p}и x­_кон(Приложение А.1):

r­_в = 1000 – 0, 062· – 0, 00355· ² = 989, 53(кг/м³)

r_кон=

r_кон=1, 087·10³(кг/м³)

Примем эквивалентный диаметр равным d­_э ­ = 0, 021 м

Скорость течения раствора в аппарате вычисляется по формуле:

 

W­_тр­= (37)

 

W­_тр­= = 0, 1(м/с)

 

Площадь проходного сечения трубного пространства s­_тр­вычисляется по формуле:

 

s_тр­ = (38)

 

s_тр­ = = 3, 4·10^-3(м²)

 

Наименьший кожухотрубчатый холодильник диаметра 159(мм) имеет s_тр­­ = 0, 5 ·10^-2(м²).

Следовательно, для обеспечения турбулентного режима течения раствора необходим аппарат с меньшим сечением трубного пространства, т.е. теплообменник «труба в трубе».

 

Выбор аппарата:

Эквивалентный диаметр трубного пространства

 

d_этр = 0, 04(м)

 

Исходя из расчётных данных, проходное сечение трубного пространства s­_тр­стандартного аппарата может быть принято для расчётов:

 

s­_тр­ = 12, 6·10^-4( м²)

Тогда, скорость течения раствора в трубном пространстве может быть вычислена по формуле:

 

w_тр = (39)

 

w_тр = = 0, 277(м/с)

 

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства

 

d_э = 0, 108–0, 01 – 0, 048 = 0, 05(м)

 

Исходя из расчётных данных, проходное сечение межтрубного пространства s­_меж­_тр­стандартного аппарата может быть принято для расчётов:

 

S­_межтр­­ = 57, 3·10^-4( м²)

 

Тогда, скорость течения раствора в межтрубном пространстве может быть вычислена по формуле:

 

w_межтр­ = (40)

 

w_межтр= = 0, 152( м/с)

 

Значение Re_­трвычислим по формуле (36):

 

Re_­тр = = 51548

 

Значение Re_­межтр вычислим по формуле:

 

Re_­межтр = (41)

 

Re_­межтр = = 35811

 

После ориентировочного расчёта холодильника исходя из площади теплообмена, площади проходных сечений и значений критерия Рейнольдса, мы должны сделать вывод о правильности выбора теплообменника. Проанализировав данные расчёта, делаем вывод, что для обеспечения требуемых параметров подходит следующий теплообменный аппарат, выбранный по каталогу:

 

Таблица 2 – Параметры холодильной установки (теплообменник «труба в трубе»)

Диаметр тубы, мм	Площадь проходного сечения, S·10-4, м2	Поверхность теплообмена
Теплообменной	Кожуховой	Внутри теплообменной трубы	В кольцевом пространстве	Длина теплообменной трубы L = 6 м
48 х 4	108 х 5	12, 6	57, 3	0, 890

Расчёт количества элементов

Определим число элементов n:

n = 5, 57/0, 89= 6, 25

Принимаем:

n = 7

4.4.2 Подробный расчет холодильника

Коэффициенты теплоотдачи для конечного и исходного растворов определим из критериальной зависимости, полученной для теплоотдачи при развитом турбулентном течении в прямых трубах и каналах [6]:

где критерий Нуссельта, который можно рассчитать по следующей формуле:

По таблице 4.3 [6] значение поправочного коэффициента , учитывающего влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы к ее диаметру ( ), принимаем равным единице.

критерий Прандтля, равный:

где параметры теплоносителя при его средней температуре.

критерий Прандтля, равный:

где параметры теплоносителя при температуре стенки.

Для того чтобы определить значение критерия Прандтля для конечного и исходного растворов, необходимо рассчитать их теплопроводность при их средней температуре.

Теплопроводность конечного раствора при и рассчитывается по формулам (32) и (31):

Теплопроводность исходного раствора при и рассчитывается по формулам (32) и (31):

Зная параметры теплоносителей при их средних температурах вычислим критерий Прандтля (67):

Как и для ВА, задача определения коэффициентов теплоотдачи решается методом последовательных приближений. Для этого соотношение (65) приводят к виду:

где коэффициент, равный:

Для концентрированного раствора:

Для исходного раствора:

Для определения коэффициентов теплоотдачи методом последовательных приближений воспользуемся следующим алгоритмом:

1) Задать значение температуры стенки со стороны концентрированного раствора и значение температуры стенки со стороны исходного раствора .

2) Определить вязкость, теплопроводность и теплоемкость для концентрированного и исходного растворов при температурах стенок.

3) По формуле (67) рассчитать критерий Прандтля для концентрированного и исходного растворов , при температурах стенок.

4) По формуле (69) определить коэффициенты теплоотдачи для концентрированного и исходного растворов и .

5) Определить коэффициент теплопередачи по следующей формуле:

где термическое сопротивление стенки со стороны концентрированного раствора, ;

термическое сопротивление стенки трубки, ;

термическое сопротивление стенки со стороны исходного раствора, ;

По таблице 31 [6] принимаем .

6) Найти поверхностные плотности тепловых потоков по формулам:

7) Определить расхождение плотностей тепловых потоков:

8) Если расхождение тепловых потоков более 5% необходимо определить температуры стенок по следующим уравнениям:

В первом приближении температуру стенки со стороны конечного раствора можно принять , со стороны исходного .

1) , .

2) Определим вязкость, теплопроводность и теплоемкость для концентрированного и при температуре стенки и :

Рассчитаем вязкость по формулам (35) и (34):

Рассчитаем теплопроводность по формулам (32) и (31):

Рассчитаем теплоемкость по формулам (19) и (18):

Аналогично для исходно раствора при и :

3) Определим критерий Прандтля (67) при температурах стенок для концентрированного и исходного растворов:

4) По формуле (69) рассчитаем коэффициенты теплоотдачи для концентрированного и исходного растворов:

5) Зная коэффициенты теплоотдачи, по формуле (70) определим значение коэффициента теплопередачи:

6) Найдем поверхностную плотность теплового потока от концентрированного раствора к стенке (71):

Найдем поверхностную плотность теплового потока от стенки к исходному раствору (72):

Найдем поверхностную плотность теплового потока от концентрированного раствора к исходному раствору (73):

7) Определим расхождение плотностей тепловых потоков (74):

Расхождение тепловых потоков менее 5%, следовательно, требуемая точность достигнута, и расчет коэффициента теплопередачи окончен: .

По формуле (61) площадь поверхности теплообмена равна:

Поверхности теплопередачи принято принимать с запасом 20-30%, что дает следующее значение:

Определим количество элементов:

Проанализировав данные подробного расчета, можно сделать вывод, что выбранный ранее теплообменник типа «труба в трубе» удовлетворяет нашему расчету.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. C. межотраслевой баланс производства, распределения и использования продукции в народном хозяйстве
2. III. Поддержание адекватного сердечного выброса, баланса электролитов
3. Абсолютная форма деградации является критерием структурно-оппозиционной сети с параллельно существующим балансом прогрессии.
4. Анализ структуры баланса АО «Вип-Системы» за 2014-2015гг.
5. БАЛАНС ВОДЫ В СИСТЕМАХ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
6. Баланс мощностей в цепях переменного тока
7. Баланс мощности в цепях пост тока
8. Баланс натрия (соли) и калия
9. Баланс питательных веществ в севообороте
10. Баланс предприятия. Его задачи в управлении предприятием. Структура, вертикальный и горизонтальный анализ.
11. Баланс энергии в скважине. Условия фонтанирования
12. БАЛАНС: ПСИХОФИЗИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ