Для подогрева нефти используется горячий мазут, который движется противотоком в теплообменнике «труба в трубе». Мазут движется по внутренней трубе, а нефть по межтрубному кольцевому пространству. Средние значения физико-химических величин мазута и нефти представлены в таблице 3.1.
Определить необходимую поверхность нагрева, пренебрегая теплопотерями. Исходные данные приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.1 – Средние значения физико-химических величин теплоносителей
Физико-химические характеристики теплоносителей Мазут Нефть
Плотность Рм=775 кг/м3 Рн=795 кг/м3
Теплоемкость Срм=0,765 ккал/кг Срн=0,560 ккал/кг
Кинематическая вязкость vм=0,010710-4 м2/с vн=0,021110-4 м2/с
Теплопроводность м=0,0938 ккал/м2ч н=0,1054 ккал/м2ч
Таблица 3.2 – Исходные данные для расчета задачи 3.2
Параметры Вариант
2
Расход горячего мазута Gм 25000
Расход нефти Gн 45000
Температура мазута начальная/конечная 310/240
Температура нефти начальная/конечная 135/186
Диаметр внутренней трубы dвнтр 0,096
Диаметр внешней трубы dвнеш 0,158
Толщина трубы ст 0,0046
Теплопроводность стенки ст 42
Теплопроводность загрязнений грккал/м2ч 0,15
Решение
Найдем предварительно объемные расходы мазута и нефти, сечения, через которые движутся потоки, и линейные скорости этих потоков.
Для мазута объемный поток:
Wм=GмPм=25000775∙3600=0,00896м3с;
Сечение:
S1=π∙d2внтр.4=3,14∙0,09624=0,00724 м2
;Линейная скорость:
Wм=WмS1=0,008960,00724=1,24мс
Критерий Рейнольдса составит для потока мазута:
Re=Wм∙dвнтр.vм=1,24∙0,0960,0107∙10-4=111252.
Режим движения потока мазута – турбулентный.
Для нефти объемный поток:
Wн=GнPн=45000795∙3600=0,016м3с;
Сечение:
S1=π∙(d2внешн.тр-d2внутр.тр)4=3,14∙(0,1582-0,0962)4=0,012 м2
Линейная скорость:
Wн=WнS1=0,0160,012=1,33мс
Критерий Рейнольдса составит для потока мазута:
Re=Wн∙dмеж.тр.vн=1,33∙(0,158-0,096)0,0211∙10-4=39080.
Режим движения потока нефти – турбулентный.
Для турбулентного режима при расчете коэффициентов теплоотдачи применима формула:
α=0,023∙λd∙Re0,8∙Pr0,4
где - коэффициент теплоотдачи, ккал/(м2·ч);
- теплоемкость, ккал/(м2·ч);
d –диаметр, м;
Pr – критерий подобия Прандтля, рассчитываемый по формуле:
Pr=Cpтvpλ.
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи 1 от горячего мазута к стенке трубы:
α1=0,023∙0,09380,096∙1112520,8∙PrM0,4,
Найдем:
Prм=Срт∙v∙Рмλм=0,765∙0,0107∙10-4∙775∙36000,0938=24,35
Тогда:
α1=0,023∙0,09380,096∙1112520,8∙24,350,4=877,62ккалм2∙ч
Коэффициент теплоотдачи 2 от нефти к стенке трубы:
α2=0,023∙0,1054dмеж.тр.∙Reн0,8∙Prн0,4=0,023∙0,10540,062∙390800,8∙Prн0,4
Найдем:
Prн=0,56∙0,0211∙10-4∙795∙36000,1054=32,09
Тогда
α2=0,023∙0,10540,062∙390800,8∙32,090,4=738,39 ккал/м2∙ч
Определим теперь общий коэффициент теплопередачи (К), приняв толщину трубы ст=0,0046 м, теплопроводность стенки ст=42 ккал/м2ч и теплопроводность загрязнений тр=0,15 ккал/м2ч:
Кт=11α1+(δλ)ст+2(δλ)тр+1α2=11877,62+0,004642+2∙0,00460,15+1738,39=156,4ккал/м2∙ч
Расчет необходимой поверхности теплообмена выполняют по формуле:
F=Q2Kт∙∆tср
Найдем тепловую нагрузку по мазуту:
Q1=Gм∙tм0-tм∙Cрмт=25000∙310-240∙0,765=1338750 ккал/ч=
1558156 Дж/с
Тепловая нагрузка по нефти:
Q2=Gн·tн0-tн·Cрнт=45000∙186-135∙0,56=1285200ккалч=1495830 Дж/с
Найдем среднюю разность температур tср при противотоке:
Для мазута 310----------240
Для нефти 186----------135
tб=124 tм=105
Имеем:
∆tб∆tм=124105=1,18<2
∆tср=∆tб+∆tм2=124+1052=115°C
Тогда поверхность нагрева составит (тепловую нагрузку подставляем в ккал/ч, так как коэффициент теплопередачи рассчитан в ккал/(м2·ч):
F1=1338750115∙156,4=74,43 м2.
F2=1285200115∙156,4=71,46 м2.
F1≈F2
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
