Daria Kinecka Beata Krzywińska Milena Marczak Marcin Przeradzki Katarzyna Wojtulewicz |
Data |
Uwagi |
Podpis |
|
|
09.04. 2010 |
|
|
|
Grupa 2 |
ICHiP rok III |
|
|
|
Ćwiczenie nr U05 |
|
|
|
|
TEMAT: Badanie parametrów pracy wielosekcyjnego wymiennika ciepła |
Cel ćwiczenia:
Praktyczne wyznaczenie wartości współczynnika odzyskania ciepła w wymienniku wielosekcyjnym.
Wyznaczenie jednostkowego strumienia cieplnego i współczynników przenikania ciepła w sekcjach wymiany, pasteryzacji, chłodzenia wodą studzienną i chłodzenia wodą lodową w zależności od natężenia przepływu produktu.
Określenie wielkości zużycia czynnika grzewczego w sekcji pasteryzacji w funkcji natężenia przepływu produktu i współczynnika odzyskania ciepła.
Nr pomiaru |
Temp.początkowa produktu t1 [̊C] |
Temp. pasteryzacji t2 [̊C] |
Temp. końcowa produktu po ochłodzeniu w sekcji wymiany t3 [̊C] |
Temp. wody gorącej |
Temp. wody studziennej |
Temp. końcowa produktu po oziębieniu t10 [̊C] |
Temp. pary tp [̊C] |
Temp. skroplin tskr [̊C] |
Czas τp[s] |
||
|
|
|
|
początkowa t4 [̊C] |
końcowa t5 [̊C] |
początkowa t6 [̊C] |
końcowa t7 [̊C] |
|
|
|
|
1 |
30 |
29,5 |
20,7 |
25 |
30 |
11 |
11,3 |
17 |
101 |
95 |
0 |
2 |
22,5 |
49 |
28,8 |
67 |
63 |
11 |
21,2 |
17 |
100 |
70 |
300 |
3 |
19,5 |
64 |
27,1 |
66 |
63 |
11 |
20,3 |
17 |
100 |
64 |
600 |
4 |
18 |
63 |
26,4 |
66 |
63 |
11 |
19,7 |
17 |
101 |
61 |
900 |
5 |
18 |
63 |
26 |
66 |
62 |
11 |
19,5 |
17 |
101 |
64 |
1200 |
6 |
18 |
62 |
25,7 |
64 |
61 |
11 |
19,3 |
17 |
101 |
59 |
1500 |
7 |
18 |
60 |
25,3 |
62 |
60 |
11 |
19,2 |
17 |
101 |
57 |
1800 |
8 |
17,5 |
59 |
25 |
61 |
58 |
11 |
18,9 |
17 |
101 |
56 |
2100 |
Średnia |
20,2 |
56,2 |
25,6 |
59,6 |
57,5 |
11,0 |
18,7 |
17,0 |
100,8 |
65,8 |
2400 |
gęstość |
998,0 |
984,9 |
996,9 |
982,9 |
984,6 |
999,8 |
998,3 |
998,6 |
957,4 |
980,1 |
|
ciepło właściwe |
4181,9 |
4183,2 |
4178,6 |
4184,1 |
4183,4 |
4201,8 |
4184,9 |
4188,6 |
4212,0 |
4185,7 |
|
Tabela 1, 2. Wyniki pomiarów.
|
Natężenie przepływu |
||
|
wody gorącej |
wody zimnej |
produktu |
m3 |
0,0069 |
0,0021 |
0,002 |
s |
10,8 |
10,1 |
10,3 |
V [m3/s] |
0,000639 |
0,000208 |
0,000194 |
tśr |
58,5625 |
14,84 |
20,9375 |
gęstość [kg/m3] |
983,72 |
999,03 |
997,81 |
ciepło właściwe [J/kgK] |
4183,71 |
4193,35 |
4181,44 |
Tabela 3. Obliczenia parametrów ruchowych wielosekcyjnego wymiennika typu P5 - obliczenia dla sekcji pasteryzacji.
Lp. |
Wielkość |
Wymiar |
Zależność |
Wynik obliczeń |
1 A |
Obciążenie cieplne sekcji pasteryzacji Qp |
W |
Qp= U · ϱ · c (t2 - tx) Qp=0,000639*983,72*4183,71*(56,2-25,6) |
14297,42 |
2 A |
Maksymalna różnica temperatur ∆tmax |
ᵒC, K |
∆tmax= t7 - tx
∆tmax= 57,5-38,9
|
19,31 |
3 A |
Minimalna różnica temperatur ∆tmin |
ᵒC, K |
∆tmin = t6 - tx
∆tmin = 59,6 - 56,2 |
3,4 |
4 A |
Obliczenia pomocnicze |
- |
∆tmax/∆tmin
19,31/3,4 |
5,6182 |
5 A |
Średnia napędowa różnica temperatur ∆tp |
ᵒC, K |
∆tp = |
5,17 |
6 A |
Kryterium termiczne sekcji pasteryzacji Ktp |
- |
Ktp=
Ktp=
Ktp= |
-0,14 |
|
|
|
|
3,48 |
7 A |
Współczynnik przenikania ciepła w sekcji pasteryzacji kp |
W/m2K |
kp =
kp =
kp =
|
-228,46 |
|
|
|
|
1708,11 |
8 A |
Entalpia pary grzejnej in |
J/kg |
in = f(tn) |
267820 |
9 A |
Entalpia skroplin iskr |
J/kg |
iskr = f(tskr) = cskr * tskr iskr = 4185,74 * 65,8 |
275212,4 |
10 A |
Zużycie pary grzejnej Gp |
kg/s |
Gp = |
-1,9341 |
11 A |
Jednostkowy strumień cieplny w sekcji pasteryzacji qp |
W/m2 |
qp = |
8825,57 |
12 A |
Czas przetrzymywania produktu w temperaturze pasteryzacji τp |
s |
τ = |
6,08 |
Tabela 4. Obliczenia parametrów ruchowych wielosekcyjnego wymiennika typu P5 - obliczenia dla sekcji wymiany
Lp. |
Wielkość |
Wymiar |
Zależność |
Wynik obliczeń |
1B |
Objętościowe natężenie przepływu produktu U |
m3/s |
U= |
0,000194 |
2B |
Średnia temperatura wody w obiegu tśr |
ᵒC, K |
tsr= |
38,19 |
3B |
Końcowa temperatura produktu po podgrzaniu w sekcji wymiany tx |
ᵒC, K |
tx= t1+t2-t3=20,2+56,2-25,6 |
50,8 |
4B |
Gęstość wody |
kg/m3 |
ϱ=f(tsr) |
992,72 |
5B |
Ciepło właściwe |
J/kgK |
c= f(tsr) |
4175,18 |
6B |
Współczynnik odzyskania ciepła E |
- |
E= |
0,8489 |
7B |
Obciążenie cieplne sekcji wymiany (wydajność cieplna sekcji wymiany Qw) |
W |
Qw=U*ϱ*c*E*(t2-t1)= 0,000194*992,72*4175,18*0,8489*(56,2-20,2) |
24597,08 |
8B |
Napędowa różnica temperatur w sekcji wymiany ∆tw |
ᵒC, K |
∆tw=t3-t1=t2-tx = 25,6-20,2 |
5,4 |
9B |
Współczynnik przenikania ciepła kw |
W/m2 K |
kw= |
1445,24 |
10B |
Kryterium termiczne Ktw |
- |
Ktw= |
5,62 |
11B |
Jednostkowy strumień cieplny sekcji wymiany qw |
W/m2 |
qw= |
7858,49 |
Tabela 5. Obliczenia parametrów ruchowych wielosekcyjnego wymiennika typu P5 - obliczenia dla sekcji chłodzenia wodą studzienna.
Lp. |
Wielkość |
Wymiar |
Zależność |
Wynik obliczeń |
1C |
Objętościowe natężenie przepływu wody studziennej Us |
m3/s |
Określenie na podstawie charakterystyki |
0,000208 |
2C |
Gęstość wody studziennej ϱs |
kg/m3 |
ϱ= f(tsr) |
999,03 |
3C |
Gęstość wody (produktu) ϱp |
kg/m3 |
ϱ= f(tsr) |
997,81 |
4C |
Ciepło właściwe wody studziennej cs |
J/kgK |
cs=f(tsr) |
4193,35 |
5C |
Ciepło właściwe produktu cp |
J/kgK |
cp= f(tsr) |
4181,44 |
6C |
Obciążenie cieplne sekcji chłodzenia Qch |
W |
Qch=U*ϱ*c*(t9-t8)= =0,000208*999,03*4193,35*(18,7-11,0) |
6685,22 |
7C |
Temperatura produktu po ochłodzeniu ty |
ᵒC |
ty=t3- |
17,37 |
8C |
Minimalna różnica temperatur ∆tmin |
ᵒC |
∆tmin=t3-t9=25,6-18,7 |
7,0 |
9C |
Maksymalna różnica temperatur ∆tmax |
ᵒC |
∆tmax=t4-t8= 59,6-11,0 |
48,6 |
10C |
Obliczenie pomocnicze |
- |
∆tmax/∆tmin = 48,6/7,0 |
6,99 |
11C |
Średnia napędowa różnica temperatur ∆tch |
ᵒC |
∆tch =
∆tch = |
21,42 |
12C |
Kryterium termiczne sekcji chłodzenia Ktch |
- |
Ktch= |
-1,59 |
Wnioski:
Obiektem doświadczenia był płytowy wielosekcyjny wymiennik ciepła . Zbudowany on jest z pakietu stalowych płyt odpowiednio tłoczonych. Wytłoczenia na płycie są w celu wywołania zaburzeń w przepływie cieczy. Wytłoczenia te powodują zmianę kierunku cieczy, jak i jej prędkości. Wymiennik płytowy składany jest podobnie jak prasa filtracyjna.
Celem ćwiczenia jest między innymi wyznaczenie współczynnika odzyskania ciepła E, który jest miarą ilości ciepła odzyskanego w procesie regeneracji. Uzyskany przez nas współczynnik regeneracji ciepła wyniósł E=0,8489. Jest to poprawna wartość, ponieważ współczesne wymienniki pracują w przedziale E = 0,8-0,85. Liczba E przez nas osiągnięta jest duża. Im większa jest wartość współczynnika odzyskania ciepła E tym mniejsze jest zużycie ciepła w sekcji pasteryzacji i mniejsze zapotrzebowanie na wodę oraz czynniki chłodnicze w sekcji oziębienia.
Jednostkowy strumień cieplny w sekcji pasteryzacji wyniósł qp=8825,57 [w/m2], natomiast w przypadku sekcji wymiany qw= 7858,49 [W/m2]. Różnica między tymi sekcjami wynosi 967,08 [W/m2]. Tak duża rozbieżność spowodowana jest natężeniem przepływu w poszczególnych sekcjach. Natężenie przepływu w przypadku sekcji pasteryzacji wynosił 0,000639 [m3/s], a w sekcji wymiany U=0,000208 [m3/s].
Celem ćwiczenia również jest wyznaczenie współczynnika przenikania ciepła w sekcjach wymiany. Współczynnik przenikania ciepła w sekcji pasteryzacji ma wartość kp=1708,11 [W/m2 K], inaczej jest w przypadku współczynnika przenikania po stronie sekcji wymiany, który jest mniejszy o 262,87 [W/m2K]. Nierówność współczynnika przenikania ciepła pomiędzy sekcjami spowodowana jest odmienną prędkością przepływu czynnika i wytłoczeń na płycie.