ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ.
Теоретичні положення і приклад розрахунку реактора.
Рівняння теплового балансу реактора:
, (2.15)
де – витрати гріючої пари, кг/с;
– ентальпія відповідно пари і конденсату, кДж/кг;
–
коефіцієнт корисного використання пари; G – витрати суміші, що нагрівається, кг/с, сс – питома
теплоємність суміші, кДж/кг К.
Середня різниця температур, ºС:
, (2.16)
де ;
–
температура конденсації;
.
Середня температура суміші, 0С:
(2.17)
В’язкість суміші, Па∙с:
, (2.18)
де – динамічна в’язкість
компонентів суміші.
Питома теплоємність, кДж/(кг ∙ К):
, (2.19)
де – питома теплоємність компонентів.
Теплопровідність суміші, Вт/(м∙К):
, (2.20)
де – коефіцієнти
теплопровідності компонентів суміші.
Густина суміші, кг/м3 :
,
(2.21)
де - густина компонентів.
Критеріальне рівняння теплообміну за умови перемішуванні якірною мішалкою:
, (2.22)
де
;
;
– в’язкість середовища за температури стінки реактора;
– діаметр мішалки реактора.
Коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2∙К) :
. (2.23)
Критеріальні рівняння
теплообміну під
час конденсації пари на
вертикальних стінках: якщо
, (2.24)
де – критерій Галілея,
;
– висота теплопередавальної поверхні, м;
– кінематична в’язкість
плівки конденсату, м2/с; К- критерій фазового перетворення,
;
- прихована теплота пароутворення, кДж/кг; С – питома
теплоємність плівки конденсату, кДж/(кг∙К);
– перепад температур:
;
- температура плівки
конденсату:
;
при :
, (2.25)
Коефіцієнт тепловіддачі під час конденсації, Вт/(м2∙К):
, (2.26)
де – коефіцієнт
теплопровідності конденсату , Вт/(м К).
Потужність теплового потоку під час теплопередачі, Вт:
, (2.27)
де – коефіцієнт корисного
використання поверхні теплопередачі,
= 0,7…0,3.
Потужність, споживана якірною мішалкою на перемішування, Вт:
(2.28)
де –
коефіцієнт потужності, що залежить від критерію
,
визначається з
графо-аналітичної залежності [ ].
Розрахункова потужність перемішувального пристрою в реакторі, Вт:
, (2.29)
де –
коефіцієнт, що залежить від наявності внутрішніх пристроїв в апараті (
– поправочний коефіцієнт на
шорсткість,
;
– коефіцієнт, що враховує
наявність в апараті гільзи термометра,
). [ ].
Приклад. Розрахувати емальований хімічний
ректор з якірною мішалкою для нагрівання суміші, що містить 70% 70%-ой і 30% 30%-ой
від
=
20ºС до
= 85ºС.
Нагрівання відбувається за рахунок теплоти, переданої від насиченої водяної пари тиском 0,2
МПа. Час перебування суміші в реакторі
год.
Витрата суміші, що нагрівається, G = 0,171 кг/с. Частота
обертання якірної мішалки
об/с.
Теплофізичні властивості суміші за (2.18) – (2.21)
Па∙с;
кДж/(кг∙К);
Вт/(м∙К);
кг/м3.
Місткість реактора:
м3,
де – коефіцієнт використання об’єму k = 0,1.
Потужність теплового потоку для нагрівання суміші з (2.15):
кВт.
Витрати пари, що гріє, за (2.15):
кг/с.
Середня різниця температур за (2.16):
ºС.
Середня температура
суміші, за якою вибрані теплофізичні властивості, за (2.17) =120-62
= 58 ºС.
Якщо висота шару рідини в апараті дорівнює внутрішньому діаметру реактора, останній визначається так:
= 0,83
м.
Вибираємо нормалізований
діаметр м. При цьому діаметр якірної мішалки
= 0,87.
Критерій Рейнольдса:
= 242400.
Критерій Прандтля:
= 25,3.
Якщо середня температура
стінки ºС, в’язкість суміші біля стінки
=
2.804∙0.7+1,18∙0,3=2,32 Па∙с.
Критерій Нуссельта по (2.22):
=
4332.
Коефіцієнт тепловіддачі за (2.23):
Вт/(м2∙К).
Температура плівки
конденсату за
умови = 0,52,
ºС.
Перепад температур:
ºС.
Теплофізичні параметри конденсату:
м2/с;
;
кДж/кг;
С = 4.225 кДж/(кг∙К); Вт/(м∙К).
Добуток:
.
Критерій Нуссельта за (2.25):
.
Коефіцієнт тепловіддачі за (2.26) при м:
Вт/(м2∙К).
Коефіцієнт теплопередачі за (2.11):
Вт/(м2∙К).
Перевіряємо співвідношення:
= 0,53.
Площа теплообміну за (2.27):
= 0,66
м2.
Діаметр теплообмінника:
м.
Отже, обраний
нормалізований реактор діаметром забезпечить
умови теплообміну.
Потужність,
споживана якірною мішалкою на перемішування, за (2.28), = 0,33:
Вт.
Розрахункова потужність двигуна перемішувального пристрою, за (2.29):
Вт.
Вибираємо привід з кінцевою опорою, мотором-редуктором типу МП102 і електродвигуном серії А02 потужністю 0,5 кВт.
Материалы на данной страницы взяты из открытых источников либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.