„Projekt płaszczowo- rurowego wymiennika ciepła”.

Temat: nr 23

Gospodarowanie energią- projekt.

II Inżynieria Środowiska

Gr. 2

Czynnik gorący „A”(mieszanina gazów):

N₂=40%

z_N=0,4

M_N2=2*14=28 kg/kmol

CO₂=30%

z_CO2=0,3

M_CO=12+2*16=44 kg/kmol

NO=30%

Z_NO=0,3

M_NO=14+16=30 kg/kmol

Zastępcza masa molowa:

Udziały gramowe:

Strumień masowy:

Średnie ciepło właściwe czynnika gorącego, Mcp_A

	100	200	300	150	250
N2	1,040	1,043	1,049	1,041	1,046
CO2	1,361	1,430	1,491	1,395	1,460
NO	1,068	1,071	1,079	1,071	1,075

Średnie ciepło właściwe czynnika gorącego na wlocie, Cpm_A1

Średnie ciepło właściwe czynnika gorącego na wylocie, Cpm_A2

Czynnik zimny „B” (powietrze):

N₂=79%

z_N=0,79

M_N2=2*14=28kg/kmol

O₂=21%

z_O2=0,21

M_O2=32/kmol

Zastępcza masa molowa:

Udziały gramowe:

Średnie ciepło właściwe czynnika zimnego, Cpm_B

Średnie ciepło właściwe dla powietrza odczytujemy z tablic i dla danych temperatur obliczamy za pomocą interpolacji.

	0^oC	100^oC	200 ^oC
		1,038	1,041	1,046

Wyznaczenie wielkości uzupełniających z bilansu

Strumień ciepła czynnika gorącego,

Strumień ciepła czynnika zimnego,

Obliczenie powierzchni wymiany ciepła

Różnica temperatur w wymienniku,

Obliczeniowa powierzchnia wymiany ciepła, F_obl

k - współczynnik przenikania ciepła.

Obliczenia własności czynników, dla mieszaniny gazów, w oparciu o parametry krytyczne.

Parametry zredukowane dla czynnika gorącego, A

Średnia temperatura czynnika gorącego, t_Aśr

T_Aśr=200+273,15K = 473,15 K

Temperatura krytyczna czynnika A, T_kr,A

Temperatura zredukowana czynnika A, T_r,A

Ciśnienie krytyczne mieszaniny A, p_kr,A

Zredukowane ciśnienie czynnika A, p_r,A

Współczynnik ściśliwości, z_A

z_A = f (p_r,A,T_r,A)

z_A = f (0,109;2,41)

Współczynnik ściśliwości „z” odczytano z tablic do obliczeń procesowych

z_A = 1,0

Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości,

Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości „
” odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.

Krytyczny dynamiczny współczynnik lepkości,

Dynamiczny współczynnik lepkości,

Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła,

Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepłą odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.

Krytyczny współczynnik przewodzenia ciepła,

Współczynnik przewodzenia ciepła czynnika A

Parametry zredukowane dla czynnika zimnego, B

Średnia temperatura czynnika zimnego, t_Bśr

T_Bśr=75+273,15= 348,15 K

Temperatura krytyczna czynnika B, T_kr,B

Temperatura zredukowana czynnika B, T_r,B

Ciśnienie krytyczne mieszaniny B, p_kr,B

Zredukowane ciśnienie czynnika B, p_r,B

Współczynnik ściśliwości, z_B

Współczynnik ściśliwości „z”, odczytano z wykresu z tablic procesowych

Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości,

Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości „
” odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.

Krytyczny dynamiczny współczynnik lepkości,

Dynamiczny współczynnik lepkości czynnika B,

Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła,

Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.

Krytyczny współczynnik przewodzenia ciepła,

Współczynnik przewodzenia ciepła czynnika B,

Wyznaczenie gęstości czynników

Gęstość czynnika gorącego,

Gęstość czynnika zimnego,

Dobór wymiennika

Powierzchnia całkowita pola przekroju rurek dla czynnika gorącego, A

Wymiary wymiennika

Z norm wybrano wymiennik jednodrogowy bez przegród:

• o wiązce rur d_z Ⴔ g = 16Ⴔ2mm

• o podziałce t=21

• przekroju wewnętrznym rurek A_w = f_w = 0,0734m²

• wewnętrznej średnicy D_w = 600mm

• liczbie rurek n = 649

• przekroju przestrzeni międzyrurowej A_m = f_m=0,1522m²

• średnicy koła ograniczającego otwory d₁ = 580mm

Średnica wewnętrzna rurek, dw

Rzeczywista prędkość gazu w rurkach, wA

Ciepło właściwe, Cp_A

	200 [°C]
N2	1,053
CO2	1,560
NO	1,083

Liczba Reynoldsa, Re_A

Liczba Prandtla, Pr_A

Liczba Nusselta, Nu

Współczynnik wnikania ciepła w rurkach,

Czynnik zimny w przestrzeni międzyrurowej, B

Rzeczywiste ciepło właściwe, Cp_B

	0 [°C]	100 [°C]	75 [°C]
O2	0,915	0,934	0,929
N2	1,040	1,043	1,042

Średnica ekwiwalentna, d_e

m

Liczba Prandtla, Pr_B

Liczba Reynoldsa, Re_B

Liczba Nusselta, Nu_B

Współczynnik wnikania ciepła w przestrzeni międzyrurowej,

Porównanie współczynników wnikania:

Temperatura ścianki, t_ść

Opory zanieczyszczeń,

Współczynnik przenikania ciepła, k

Stal stopowa Mo 16M dla 155,16°C

s = g = 0,002mm

Dobór długości wymiennika, L

Obliczamy powierzchnię wymiany ciepła, F_obl

Średnia powierzchnia wymiany ciepła, F_śr

F_śr = a⋅F_z

F_z=65,21 m²

Zakładam L=2m

a = 0,875

F_śr = 0,875 ⋅ 65,21 = 57,06m²

Powierzchnia rezerwy, F_r

Z powyższych obliczeń wynika, że długość wymiennika L = 2 m

Wymiennik jest zaprojektowany z 15,3% rezerwą.

Dobieranie przegrody do wymiennika

Zakładam 3 przegrody ( 4 przestrzeni )

1.Odległość miedzy przegrodami

h= 2/4=0,5m

2. Odczytuję z tablic Ψ z stosunku t od d

t/d= 21/16= 1,3125

Ψ= 0,51

3. Objętość przestrzeni między rurkowej

4.Strzałka odcinka przegrody b

b=
m

5.Zastępcza droga przepływu

L_A=2

6. Minimalny przekrój przepływu F_min

F_min=

7.Prędkość masowa

g_max=G_B/F_min

g_max=5,1/0,06306=80,88 kg/m²s

8.Średnia temperatura

t_ś= (30+120)/2=75°C

9.Średnia temperatura ściany ze względu na α_A - α_B

t_f= (200+75)/2= 137,5°C

10.Średnia temperatura warstwy przyściennej

t_γ=(137,5+75)/2=106,25°C

Temperatura zredukowana czynnika T_r,B

Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości,

Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości „
” odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych

Dynamiczny współczynnik lepkości czynnika B,

Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła,

Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.

­­Współczynnik przewodzenia ciepła czynnika B,

Liczba Prandtla, Pr_B

Liczba Reynoldsa, Re_B

Liczba Nusselta, Nu_B

Nu_B= ε*0,33*Re^0,6*Pr^0,33

Nu_B=0,6*0,33*63790^0,6*0,50982^0,33=87,006

Współczynnik wnikania ciepła w przestrzeni międzyrurowej,

Porównanie współczynników wnikania:

Współczynnik przenikania ciepła, k

Obliczam i odczytuję poprawkę ε

=100

=90

x= ∆t_B/∆t_max­ =90/220 = 0,409

z= ∆t_A /∆t_B = 100/90 = 1,111

ε=0,910

Dobór długości wymiennika, L

Obliczamy powierzchnię wymiany ciepła, F_obl

Średnia powierzchnia wymiany ciepła, Fśr

Zakładam L=2m

F_śr = a⋅F_z

F_z=65,21m²

F_śr = 0,875

F_śr = 0,875 ⋅ 65,21= 57,06m²

Powierzchnia rezerwy, F_r

Z powyższych obliczeń wynika, że długość wymiennika L = 2 m

Wymiennik jest zaprojektowany z 15,2% rezerwą, oraz zawiera 3 przegrody poprzeczne

Dobór króćców

Gęstość czynnika gorącego,

Gęstość czynnika zimnego,

Dobór króćców

Z norm dobieram króciec o wymiarach

d_z × g = 273 × 8 mm

D_wk = 273 - 2*8 = 257 mm = 0,257 m

Średnica nominalna D_n = 250 mm

Prędkość czynnika gorącego, w_A

Prędkość czynnika zimnego, w_B

Dobór dna elipsoidalnego

Przy D_w×s = 600×10 mm z norm dobieram dno elipsoidalne

600 × 10 mm (wg normy -PN-75/M-35412)

gdzie:

H_C = 40mm

H_w= 150mm

D_w=600mm

gn=10mm

Dobór kołnierzy

Dla D_n=250 z norm dobieram kołnierze okrągłe z szyjką:

d_z=273

Kołnierz:

D_k=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

M_i=M16

r-0,63/250/273 - St3S (wg normy PN/H-74710/02).

Dobór podpór poziomych aparatów cylindrycznych dla D_w=600mm

a=530mm

b=150mm

m=500mm

n=230mm

h=280mm

c=72mm

g=6mm

e₁=400mm

e₂=90mm

Masa=17kg

t_A1

t_A1

t_A2

t_B2

t_B1

L

---