Лабораторная работа: Расчет теплообменного устройства

Цель работы: Рассчитать технологические параметры теплообменного устройства.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

1. Изучить пример расчета теплообменного устройства.

2. Рассчитать теплообменный аппарат согласно варианта задания.

3. Ответить на контрольные вопросы.

ЗАДАНИЕ

Определить количество трубчатых теплообменников для пастеризации вина в количестве П, кг/ч от 200С до 800С. Один теплообменник имеет поверхность нагрева F1, м2 и обогревается паром под давлением 147 кПа. Температура пара 110,80С. Коэффициент теплопередачи k, Вт/(м2*К).

Определить расход тепла, часовой расход пара, диаметр паропровода для одного аппарата.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Расчеты теплообменных аппаратов основываются на совместном решении уравнения теплового баланса.

Q = П*c*Δtп, (1)

и уравнения теплообмена

Q = k*F*Δtт*τ , (2)

т. е.

ПсΔtп = k FΔtТ τ , (3)

где Q – количество теплоты, Дж;

П – производительность аппарата, кг/ч;

с – удельная объемная теплоемкость продукта, дж/(м3*К);

Δtп – разность температур продукта, 0С ;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2*К);

F – площадь поверхности теплопередачи, м2 ;

ΔtТ - разность температур теплоносителя, 0С;

τ – продолжительность процесса, с.

Находим средний перепад температур греющего пара и продукта. Для этого сначала определяем отношение начального температурного перепада к конечному.

При Δtн/Δt < 2 Δtт определяют по формуле (4), при Δtн / Δtк > 2 по формуле (5).

Δtт = (4)

ΔtT = (5)

Для обеспечения заданной производительности теплообменник должен иметь поверхность нагрева

F =

Необходимое количество аппаратов

n = F/F1 = 6/4 = 1,5

Принимаем 2 теплообменника

Общее количество тепла на произведение процесса

Qобщ = Q1 + Q2

где Q1 – расход теплоты на подогрев продукта;

Q2 – расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду путем конвекции и лучеиспускания.

Q1 = Пс (t2 – t1) =

Расход теплоты на компенсацию потерь

Q2 = Fa* t*a0 (tст – tB)

Fa – излучающая поверхность аппарата, Fa = 12,5 м2;

a - суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2*К);

tст – температура стенки аппарата, 0С;

tB – средняя температура окружающего воздуха, 0С;

tст = 420С; tB = 200C.

a0 находят из выражения

a0 = 9,74 + 0,07 (tст – tB)

a0 = 9,74 + 0,07 (42 –20) = 11,28 Вт/(м2*К)

Q2 = 12,5 *11,28 (42 – 20) = 3102 Вт

Qобщ = 490208 + 3102 = 493310 Вт

Расход пара D =

где D – количество пара, кг;

i и iк - теплосодержание пара и конденсата, Дж/кг.

При давлении 147 кПа i = 2693 кДж/кг

iк = 465кДж/кг

D =

Диаметр паропровода

d =

где v – скорость движения пара в паропроводе, м/с (30-40)

r - плотность пара, кг/м3; r = 0,75 кг/м3.

d =

Принимаем d =0,1 м.

ВАРИАНТЫ

Наименование	Варианты
	1	2	3	4
Производительность П, кг/ч	3000	4000	5000	7000
Поверхность нагрева F1, м2	4	4	6	6

Теплоемкость продукта с = 4025 Дж/(м2*К)

Коэффициент теплопередачи, k

Секция k, Вт/(м2*К)

Пастеризации 1625 – 1320

Рекуперации 1160 – 1740

Водяного охлаждения 1160 – 2090