Дипломная работа в количестве 107 страниц,8 рисунков, 21 таблица

Расчет теплообменника

Тепловая нагрузка аппарата:

Q = G1∙c1∙(t_1н – t_1к),

где с₁ = 1850 Дж/кг∙К – теплоемкость битума [19]; G₁ - массовый расход битума. Принимаем G₁=2000 кг/ч = 0,56 кг/с

Q - тепловой поток, из теплового расчета. Q= 35210,1 кДж/ч = 9780,58 Вт Конечная температура битума

^t1k			G1  c1  t1н  Q	,
			G1  c1
t		0,56 1850 250  9780,58			=503К=230^0С
1k			0,56 1850

Средняя разность температур:

t_м = t_1н – t_2к = 250 – 60 = 190 ºС

t_б = t_1к – t_2н = 230 – 20 = 210 ºС

Так как отношение ^{∆ б} =²¹⁰ = 1,11<2, то
∆ _м 190

t_ср  ^tб / 2 , ^∘С

t_м

t_ср  ₁₉₀²¹⁰ / 2  200 С

Средняя температура воздуха:

^t2 ср			^t2k ^ ^t2 н		∘С
		2
t				6020		40С
	2 ср
		2

Средняя температура битума:

_{t } ^t1н ^tср _;

1ср ₂

(50)

(51)

t



250  200

225С

1ср

2

Расход воздуха

G2



Q

,

(52)

 (t

2 k

 t

2н

)

c

2

где c2 = 29 кДж/кг∙К – теплоемкость воздуха [20].

G2



9780,58

 8,43

кг/ч

29 (60  20)

Ориентировочный выбор теплообменника.

Принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи для случая теплопередачи воздух-жидкость К_ор = 25 Вт/м²∙К [20], тогда ориентировочная поверхность теплообмена:

^Fop			Q
				,	(53)
		^Kop
			tср

где Q - тепловой поток, из теплового расчета, Вт К_ор - коэффициент теплопередачи, Вт/м²∙К

^Fop		9780,58	 1,95 м2
		25 200

F_ор = 9780,58/∙25∙200 = 1,95 м².

Принимаем теплообменник с близкой поверхностью теплообмена:

F = 2м², одноходовой с диаметром кожуха D = 159

n = 19 трубками 20×2 длиной l = 1м [21].

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху:

• 
  _{2 } ^Nu2 ^{ }2 _, ^dвн
  

мм и
(54)

где ₂ = 0,027 Вт/мК – теплопроводность воздуха при 40 С Nu₂ – критерий Нуссельта для воздуха.

Критерий Рейнольдса:

Re₂ = G₂/[0,785d_вн₂] =0,43 /[0,7850,0181,8710^-3] = 16790.

₂=1,8710^-3-динамическая вязкость воздуха при 40 С

Режим движения турбулентный в этом случае критерий Нуссельта:

Nu₂ = 0,021Re₂^0,8Pr₂^0,42(Pr₂/Pr_ст2)^0,25

где Рr₂ = 7,02 – критерий Прандтля для воздуха 40 С Принимаем в первом приближении отношение (Pr₂/Pr_ст2)^0,25

Nu₂ = 0,02116790^0,87,02^0,43 = 94,3.

• 
  ₂  ^{94,3 0,027}  141,45 _Вт/м2_∙К 0,018
  

Коэффициент теплоотдачи от битума к стенке:

_{1 }^Nu1^^1
d_н

• 
  1, тогда
  

(55)

где ₁ = 0,2 Вт/мК – теплопроводность битума, Nu₁ – критерий Нуссельта для битума. Критерий Рейнольдса:

Re1 	G1  dн			,	(56)
	S	мтр	
			1

где S_мтр = 0,005 м² – площадь сечения потока между перегородками, ₁ = 1,5910^-3 Пас – динамическая вязкость битума при 240С [20].

Re1 	0,56 0,02	=2521
	0,005 1,59 10^^3

• 
  этом случае критерий Нуссельта:
  

Nu₁ = 0,24Re^0,6Pr₁^0,36(Pr₁/Pr_ст1),

где Pr₁ = 8,8 – критерий Прандтля для битума,.

Принимаем в первом приближении отношение (Pr₁/Pr_ст1)^0,25 Nu₁ = 0,242521^0,68,8^0,36 = 55,2.

_{ }^55,2^0,2_₅₅₂_Вт/м2<sub>∙К


1</sub> 0,02

Тепловое сопротивление стенки:

				^ст	 r	 r
		
				^ст
					1	2

• 
  1, тогда
  

(57)

где _ст = 0,002 м – толщина стенки трубки;

_ст = 17,5 Вт/мК – теплопроводность нержавеющей стали;

1/r₁=1/r₂=2900 Вт /мК – тепловое сопротивление загрязнений cтенок для нефтепродуктов[1, cтр. 354]







0,002



1



1

 4,6

10

4





м∙К/Вт

17,5

2900

^

2900

Коэффициент теплопередачи:

К 

1

(58)

1





1

(







)



1





2

К 

1

106,6 Вт/м^2∙К

1

 4,6 10^^4



1

(

)

552

141,45

Поверхность теплообмена:

F 

Q

(59)

K

tср

F 

9780,58

 1,45 м2

106,6 200

Принимаем

теплообменник

с

близкой поверхностью теплообмена:

F = 2м², одноходовой с диаметром кожуха D = 159 мм и n = 19 трубками 20×2 длиной l =1 м [21].