Контрольная работа по "Теплотехнике"

Задача 1.6

Спроектировать кожухотрубный теплообменник для нагревания 4 кг/с томатной массы от начальной температуры 300С, до конечной 550С.   Давление греющего пара 0,15 МПа , наружный диаметр 38 мм и толщина стенки труб 2,5 мм.

1. Выбор числа труб.

  При выборе числа труб в теплообменнике желательно обеспечить турбулентный режим движения жидкости в них, при этом достигается наибольшее значение коэффициента теплоотдачи между стенкой трубы и жидкостью. Для этого предварительно принимаем некоторое число Рейнольдса Rе и вычисляем ориентировочное число труб n! в теплообменнике по формуле:

n!= G/ (0.785 *dв  *μ * Re), где

dв – внутренний диаметр трубы, м

μ – коэффициент динамической вязкости жидкости, Па*с

G – расход нагреваемого продукта,кг/с

Согласно условию:

G = 4 кг/с,

 При 400С :

ρ = 1420 кг/м3

μ= 0,018 Па*с     [8]

Кинематический коэффициент вязкости ν, м2/с связан с динамическим коэффициентом вязкости μ соотношением:   ν = μ/ ρ,

ν = 0,018 /1420= 1,3 *10-5 м2/с

Принимаем  скорость движения масла   в    кожухотрубном теплообменнике ( W =  1,0 м/c), внутренний диаметр трубок dВ=33 мм

Тогда скорость масла Wa  и необходимая площадь проходного сечения одного  хода  по  трубам Fпр  можно  определить  при  решении  уравнения массового расхода (1.1) и выражения для критерия Рейнольдса (1.2).                                                          

Ga = FпрWa ρa ,                                                                 (1.1)

Reа=(Wadв ρa)/ μ а=Gadв/(Fпр μа),                                                  (1.2)

Fпр=n*0,785dв2,

Ga = FпрWaρa

Fпр = 4/(1*1420) = 0,003 м2

Reа = (1*0,033*1420) / 0,018 = 2800,6=> режим движения переходный

n = 0,003/(0,785*0,03552) = 3,03 =>  принимаем стандартное значение 13 шт

Окончательная скорость движения жидкости:  

ν = 4/ (0,785 * 0,03552 * 1420*13) = 0,2 м/с

Окончательное значение числа Рейнольдса:

Re= 0,2 *0,0355 * 1420 / 0,018 = 560,1

Количество труб в аппарате:

n= 4/ (0,785 * 0,0355 *0,018 * 560,1) = 13,1 =>13    

1. Тепловой расчёт теплообменника.

с - удельная теплоемкость Дж/(кг*К)

λ – теплопроводность  Вт /м*К

Коэффициент теплопроводности (λ ) томатной массы – 0,0,272 Вт /м*К  

0,15 Мпа соответствует температуре пара tп = 111,370С

Энтальпия насыщенного пара при 111,370С   iп = 2693,4 кДж/кг

Теплоемкость (cв) конденсата(воды) при температуре 111,370С = 2,177 кДж/кг*К

При движении противотоком[pic 1]

t1 н                 t2к[pic 2]

пар          масса

t1к                  t2н

Находим большую и меньшую разности температур теплоносителей:

∆tб = t1 н – t2 н = 111,37-30 =81,370С

∆tм =  t1 к – t2 к = 111,37-55 =56,370С

∆tб, ∆tм – больщая и меньшая разности температур теплоносителей соответственно

∆tб / ∆tм = 81,37/56,37 = 1,44

[pic 3]

График изменения температуры при противотоке                      

При ∆tб / ∆tм ≤2

∆t ср = 0,5*(∆tб -+∆tм )

∆t ср = 0,5*(81,37+56,37)=68,870С

Вычисляем среднюю температуру жидкости:

t ср = t пара - ∆t ср = 111,37-68,87 = 42,50С

Теплоемкость(с) томатной массы при температуре 42,50С: