„Projekt płaszczowo- rurowego wymiennika ciepła”.

Temat: nr 48

Gospodarowanie energią- projekt.

II Inżynieria Środowiska

Gr. 1

Dane:	Tok obliczeniowy:	Wyniki:
N2=52% zN2=0,52 CO=25% zCO=0,25 CH4=5% zCH4=0,05 H2=10% zH2=0,1 CO2=8% zCO2=0,08	Czynnik gorący „A”(mieszanina gazów): N2=52% zN=0,52 CO=25% zCO=0,25 CO2=8% zCO2=0,08 H2=10% zH2=0,1 CH4=5% zCH4=0,05 Masy molowe: MN2=2*14=28kg/kmol MCO=12+16=28kg/kmol MCH4=12+4=16kg/kmol MCO2=12+16+16=44kg/kmol MH2=1+1=2kg/kmol Zastępcza masa molowa:
zN2=0,52 zCO=0,25 zCH4=0,05 zCO2=0,08 zH2=0,1	Udział masowy:
	Zmiana strumienia:
tA1=20 tA2=60	Średnie ciepło właściwe czynnika gorącego, McpA 100 200 180 M N2 29,144 1,041 29,228 29,211 28 1,043 CO 29,178 1,042 29,303 29,278 28 1,047 CH4 36,806 2,3 39,427 38,902 16 2,431 CO2 H2 Średnie ciepło właściwe czynnika gorącego na wlocie, CpmA1 Średnie ciepło właściwe czynnika gorącego na wylocie, CpmA2
	Czynnik zimny „B” (powietrze): N2=79% zN=0,79 O2=21% zO2=0,21 Masy molowe: MN2=2*14=28kg/kmol MO2=32/kmol Zastępcza masa molowa:
	Udział masowy:
tB1=20 tB2=60	Średnie ciepło właściwe czynnika zimnego, CpmB Średnie ciepło właściwe dla powietrza odczytujemy z tablic i dla danych temperatur obliczamy za pomocą interpolacji. 0 ^oC 30 ^oC 90 ^oC 100 ^oC 1,004 1,0046 1,0058 1,006
tA1=180 tA2=100	Wyznaczenie wielkości uzupełniających z bilansu Strumień ciepła czynnika gorącego,
tB1=30 tB2=90	Strumień ciepła czynnika zimnego,
tA1=180 tA2=100 tB1=30 tB2=90	Obliczenie powierzchni wymiany ciepła Różnica temperatur w wymienniku,
	Obliczeniowa powierzchnia wymiany ciepła, Fobl gdzie: k – współczynnik przenikania ciepła.	Fobl = 31,15 m^2
tA1=180 tA2=100	Obliczenia własności czynników, dla mieszaniny gazów, w oparciu o parametry krytyczne. Parametry zredukowane dla czynnika gorącego, A Średnia temperatura czynnika gorącego, tAśr TAśr=140+273,15=413,15K	tAśr = 140°C TAśr=413,15K
zN=0,6 zCO=0,2 zCH4=0,2	Temperatura krytyczna czynnika A, Tkr,A	Tkr,A = 140,32 K
Tkr,A = 140,32 K TAśr=413,15K	Temperatura zredukowana czynnika A, Tr,A
zN=0,6 zCO=0,2 zCH4=0,2	Ciśnienie krytyczne mieszaniny A, pkr,A
	Zredukowane ciśnienie czynnika A, pr,A
	Współczynnik ściśliwości, zA zA = f (pr,A,Tr,A) Współczynnik ściśliwości „z” odczytano z tablic do obliczeń procesowych zA = 1,0	zA = 1,0
	Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości, Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości „” odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.
zN=0,6 zCO=0,2 zCH4=0,2 Z tablic procesowych	Krytyczny dynamiczny współczynnik lepkości,
	Dynamiczny współczynnik lepkości,
	Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła, Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepłą odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.
zN=0,6 zCO=0,2 zCH4=0,2 Z tablic procesowych	Krytyczny współczynnik przewodzenia ciepła,
tB1=30 tB2=90	Współczynnik przewodzenia ciepła czynnika A Parametry zredukowane dla czynnika zimnego, B Średnia temperatura czynnika zimnego, tBśr TBśr=60+273,15=333,15K	tBśr = 60°C TBśr = 333,15K
Z tablic procesowych	Temperatura krytyczna czynnika B, Tkr,B
TBśr = 333,15K	Temperatura zredukowana czynnika B, Tr,B	Tr,B = 2,52
Z tablic procesowych	Ciśnienie krytyczne mieszaniny B, pkr,B	pkr,B = 373,91⋅10^4Pa
pkr,B = 373,91⋅10^4Pa pB = 0,4⋅10^6Pa	Zredukowane ciśnienie czynnika B, pr,B	pr,B = 0,107
pr,B = 0,107 Tr,B = 2,52	Współczynnik ściśliwości, zB Współczynnik ściśliwości „z”, odczytano z wykresu z tablic procesowych	zB = 1
pr,B = 0,107 Tr,B = 2,52	Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości, Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości „” odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.	1,05
Z tablic procesowych	Krytyczny dynamiczny współczynnik lepkości,
1,05	Dynamiczny współczynnik lepkości czynnika B,
pr,B = 0,107 Tr,B = 2,52	Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła, Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.
Z tablic procesowych	Krytyczny współczynnik przewodzenia ciepła, Współczynnik przewodzenia ciepła czynnika B,
TAśr=413,15K pA = 0,4⋅10^6 Pa zA = 1	Wyznaczenie gęstości czynników Gęstość czynnika gorącego,
TBśr = 333,15K pB = 0,4⋅10^6 Pa zB = 1	Gęstość czynnika zimnego,
prędkość gazu w rurkach [(10÷25)m/s] założyłem: w = 15 m/s	Dobór wymiennika Powierzchnia całkowita pola przekroju rurek dla czynnika gorącego, A	A = 0,056m^2
A = 0,056m^2	Wymiary wymiennika Z norm wybrano wymiennik jednodrogowy bez przegród: o wiązce rur dz × g = 16×2mm o podziałce t=21 przekroju wewnętrznym rurek Aw = fw = 0,0734m^2 wewnętrznej średnicy Dw = 600mm liczbie rurek n = 649 przekroju przestrzeni międzyrurowej Am = fm=0,1522m^2 średnicy koła ograniczającego otwory d1 = 580mm	dz × g = 16×2mm t=21 fw = 0,0734m^2 Dw = 600mm n = 649 fm=0,1522m^2 d1 = 580mm
dz = 16 mm g = 2,0 mm	Średnica wewnętrzna rurek, dw	dw = 0,012m
fw = 0,0734m^2	Rzeczywista prędkość gazu w rurkach, wA
fm=0,1522m^2	Rzeczywista prędkość gazu w przestrzeni międzyrurowej, wB
n0=49 Dw = 0,600m n = 649 dz = 0,016 m	Obliczenia przegrody wzdłużnej. Poprawiona wartość prędkości gazu w przestrzeni międzyrurowej, wB: Ciepło właściwe, CpA Przegroda wzdłużna: 200 [°C] 100 [°C] 140 [°C] N2 1,053 1,043 1,047 CO 1,059 1,045 1,051 CH4 2,814 2,455 2,599	Am=0,081m^2
dw = 0,012m	Liczba Reynoldsa, ReA	ReA = 21295,5
	Liczba Prandtla, PrA	PrA = 0,557
c = 0,023 A = 0,8 B = 0,4 PrA = 0,557 ReA = 21295,5	Liczba Nusselta, Nu
dw = 0,012m	Współczynnik wnikania ciepła w rurkach,	188
tBśr = 60°C	Czynnik zimny w przestrzeni międzyrurowej, B Rzeczywiste ciepło właściwe, CpB 0 [°C] 100 [°C] 60 [°C] N2 1,040 1,043 1,0418 O2 0,915 0,934 0,9264
	Liczba Prandtla, PrB	PrB = 0,568
n = 649 sztuk n0=49 Dw = 0,6m dz = 0,016 m de = 0,019m	Średnica ekwiwalentna, de m Liczba Reynoldsa, ReB	de = 0,019m O=16,62m A=0,081m^2 ReB = 44902,6
de = 0,019m dz = 0,016 m ReB = 44902,6 PrB = 0,568	Liczba Nusselta, NuB	NuB = 116,5
NuB = 116,5 de = 0,019m	Współczynnik wnikania ciepła w przestrzeni międzyrurowej,
188	Porównanie współczynników wnikania:
188 tBśr = 60°C tAśr = 140°C	Współczynnik przenikania ciepła, k Temperatura ścianki, tść	tść = 96,5°C
	Opory zanieczyszczeń,
188 Stal węglowa K10 dla 96,5°C tść [^0C] λść 100 52,9 s = g = 0,0029mm	Współczynnik przenikania ciepła, k
	Dobór długości wymiennika, L Obliczamy powierzchnię wymiany ciepła, Fobl	Fobl = 37,38 m^2
Zakładam L=1,5m a=0,875 Fz=48,9m^2	Średnia powierzchnia wymiany ciepła, Fśr Fśr = a⋅Fz Fz=48,9m^2 gdzie: a – stała odczytana z tablic do obliczeń procesowych Fśr = 0,875 ⋅ 48,9 = 42,78m^2	Fśr = 42,78 m^2
Fśr = 42,78 m^2 Fobl = 37,38 m^2	Powierzchnia rezerwy, Fr Z powyższych obliczeń wynika, że długość wymiennika L = 1,5 m Wymiennik jest zaprojektowany z 14,5% rezerwą	Fśr = 14,5%
(MR) = 8314,7 J/(kmol⋅K) TA1=453,15 TA2=373,15 pA = 0,4⋅10^6 Pa	Dobór króćców Gęstość czynnika gorącego,
pB = 0,4⋅10^6 Pa MzB = 28,84 kg/kmol (MR) = 8314,7 J/(kmol⋅K) TB1=303,15 TB2=363,15	Gęstość czynnika zimnego,
Dw = 600mm	Dobór króćców Z norm dobieram króciec o wymiarach dz × g = 273 × 7,1 mm Dwk = 273 - 2⋅7,1 = 258,8 mm = 0,2588 m Średnica nominalna Dn = 250 mm	Dwk = 0,2588 m Dn = 250 mm
Dw = 0,2588 m	Prędkość czynnika gorącego, wA	wA1=17,6 m/s <40m/s wA2=14,4 m/s <40m/s
Dw = 0,2588 m	Prędkość czynnika zimnego, wB	Dn = 250 mm wB1=16,3 m/s <40m/s wB2=19,4 m/s <40m/s
Dw = 600mm	Dobór dna elipsoidalnego Przy Dw×s = 600×10 mm z norm dobieram dno elipsoidalne 700 × 10 mm (wg normy –PN-75/M-35412) gdzie: HC = 40mm Hw= 150mm Dw=600mm gn=10mm	HC = 40mm Hw= 150mm Dw=600mm gn=10mm
	Dobór kołnierzy Dla Dn=250 z norm dobieram kołnierze okrągłe z szyjką: dz=273 Kołnierz: Dk=375 h=24 D1=312 D2=290 H=60 h1=15 r=8 f=3 m=10,9 Przyłączenie: D0=335 d0=18 i=12 Mi=M16 r-0,63/250/273 – St3S (wg normy PN/H-74710/02).
	Dobór podpór poziomych aparatów cylindrycznych Dla Dw=600mm a=530mm b=150mm m=500mm n=230mm h=280mm c=72mm g=6mm e1=400mm e2=90mm Masa=17kg