В кожухотрубном теплообменном аппарате нагревается вода от температуры +70 оС до температуры + 110 оС. Расход воды – 8,5 м3/ч. Вода нагревается насыщенным водяным паром с температурой +150 оС и теплотой парообразования 2110 кДж/кг. Оценить площадь теплообменной поверхности, найти расход пара.
Дано:
t2н=70 оС – температура холодного теплоносителя на входе в теплообменный аппарат;
t2к=110 оС – температура холодного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата;
G2 = 8,5 м3/ч – расход холодного теплоносителя;
ts=150 оС – температура насыщенного водяного пара;
r=2110 кДж/кг – теплота парообразования.
Теплота парообразования - количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянных давлении и температуре, чтобы перевести его из жидкого состояния в газообразное (в равновесный с жидкостью пар).
Ответ
Ориентировочная площадь теплообменного аппарата составляет 17,3 м2.
Решение
Количество теплоты, переданное насыщенным паром, целесообразно записать через теплоту парообразования.
Q=G1∙r,
где G1 – расход насыщенного пара, кг/с.
Тепловой баланс для приведенных условий записывается так:
G1∙r=G2∙Cp2∙t2к-t2н
Расход холодного теплоносителя задан в «м3/ч», но при расчете необходимо использовать значение в «кг/с». Для этого «объемный» расход необходимо перевести в «массовый», используя плотность воды. Плотность воды зависит от температуры, обычно значение плотности определяют по средней температуре теплоносителей, т.е
. в случае данной задачи необходимо определить плотность воды при 90 оС. При 90 оС плотность воды – 965,3 м3/кг.
G2=8,5∙965,33600=2,28 кг/с.
Определим тепловую мощность теплообменного аппарата:
Q=G2∙Cp2∙t2к-t2н=2,28∙4190∙110-70=382128 Вт
Расход насыщенного пара определяется по формуле:
G1=Qr=3821282110∙1000=0,18кг/с
Для расчета нужно задаться коэффициентами теплоотдачи, материалом трубки, ее толщиной и сопротивление загрязнения. Для этого можно воспользоваться данными таблицы 3.1, 3.2 из лекционного курса и информацией из открытых источников.
Изменение температур теплоносителя по площади теплообменника (температурный график) для условий задачи приведен на рисунке.
Средний температурный напор определяется по формуле:
∆t=∆tб-∆tмln∆tб∆tм
∆tб=ts-t2н=150-70=80 оС
∆tм=ts-t2к=150-110=40 оС
∆t=∆tб-∆tмln∆tб∆tм=80-40ln8040=57,7 оС
Из рекомендаций принимаем значения:
коэффициент теплоотдачи для воды α2≈2500 Вт/м2.К;
коэффициент теплоотдачи для насыщенного пара α1≈5000 Вт/м2.К;
теплопроводность трубок (латунь) λ≈100 Вт/м.К;
толщина стенки δ≈1 мм;
сопротивление теплопередачи загрязнения стенки Rзагр=2·10-3 м2.К/Вт
Коэффициент теплопередачи должен быть меньше меньшего коэффициента теплоотдачи.
Расчет коэффициент теплопередачи проводится по формуле:
k=11α1+R1+δλ+1α2
Для получения корректного результата необходимо перевести размерность толщины стенки в систему СИ, т.е
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
