POLITECHNIKA OPOLSKA

WYDZIAŁ MECHANICZNY

Gospodarowanie energią- projekt.

„Projekt płaszczowo- rurowego wymiennika ciepła”.

Temat: nr 24

II Inżynieria Środowiska

Gr. 6

Dane:	Obliczenia	Wyniki:
N2=60% zN2=0,6 O2=10% zO2=0,1 NO=30% zNO=0,3	Czynnik gorący „A”(mieszanina gazów): N2=60% zN=0,6 O2=10% zO=0,1 NO=30% zNO=0,3 Masy molowe: MN2=2*14=28kg/kmol MO=2*16=32kg/kmol MNO=16+14=30kg/kmol Zastępcza masa molowa:
zN2=0,6 zO2=0,1 zNO=0,3	Udział masowy:
	Zmiana strumienia:
tA1=240 tA2=160	Średnie ciepło właściwe czynnika gorącego, McpA 300⁰C 200⁰C 240⁰C 100⁰C 160⁰C M N2 29,383 29,228 29,29 1,046 29,144 29,194 28 1,043 O2 30,4 29,931 30,119 0,941 29,538 29,774 32 0,93 NO 30,229 29,998 30,09 1,004 29,906 29,962 30 0,999 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=30 tB2=120	Średnie ciepło właściwe czynnika zimnego, CpmB Średnie ciepło właściwe dla powietrza odczytujemy z tablic i dla danych temperatur obliczamy za pomocą interpolacji. =[29,073+(29,153-29,073)*0,3]/28.84 =[29,153+(29,299-29,153)*0,2]/28.84
tA1=180 tA2=100	Wyznaczenie wielkości uzupełniających z bilansu Strumień ciepła czynnika gorącego,
tB1=30 tB2=120	Strumień ciepła czynnika zimnego,
tA1=240 tA2=160 tB1=30 tB2=120	Obliczenie powierzchni wymiany ciepła Różnica temperatur w wymienniku,
	Obliczeniowa powierzchnia wymiany ciepła, Fobl gdzie: k - współczynnik przenikania ciepła.	Fobl = 25,14 m^2
tA1=240 tA2=160	Obliczenia własności czynników, dla mieszaniny gazów, w oparciu o parametry krytyczne. Parametry zredukowane dla czynnika gorącego, A Średnia temperatura czynnika gorącego, tAśr TAśr=200+273,15=473,15K	tAśr = 200°C TAśr=473,15K
zN2=0,6 zO2=0,1 zNO=0,3	Temperatura krytyczna czynnika A, Tkr,A	Tkr,A = 144,81 K
Tkr,A = 144,81 K TAśr=473,15K	Temperatura zredukowana czynnika A, Tr,A
zN2=0,6 zO2=0,1 zNO=0,3	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.
zN2=0,6 zO2=0,1 zNO=0,3 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.
zN2=0,6 zO2=0,1 zNO=0,3 Z tablic procesowych	Krytyczny współczynnik przewodzenia ciepła,
	Współczynnik przewodzenia ciepła czynnika A
tB1=30 tB2=120	Parametry zredukowane dla czynnika zimnego, B Średnia temperatura czynnika zimnego, tBśr TBśr=75+273,15=348,15K	tBśr = 75°C TBśr = 348,15K
Z tablic procesowych	Temperatura krytyczna czynnika B, Tkr,B
TBśr = 348,15K	Temperatura zredukowana czynnika B, Tr,B	Tr,B = 2,64
Z tablic procesowych	Ciśnienie krytyczne mieszaniny B, pkr,B	pkr,B = 374,066⋅10^4Pa
pkr,B = 374,066⋅10^4Pa pB = 0,5⋅10^6Pa	Zredukowane ciśnienie czynnika B, pr,B	pr,B = 0,134
pr,B = 0,134 Tr,B = 2,64	Współczynnik ściśliwości, zB Współczynnik ściśliwości „z”, odczytano z wykresu z tablic procesowych	zB = 1
pr,B = 0,134 Tr,B = 2,64	Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości, Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości „ ” odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.	1,04
Z tablic procesowych	Krytyczny dynamiczny współczynnik lepkości,
1,04	Dynamiczny współczynnik lepkości czynnika B,
pr,B = 0,134 Tr,B = 2,64	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=473,15K pA = 0,5⋅10^6Pa zA = 1	Wyznaczenie gęstości czynników Gęstość czynnika gorącego,
TBśr = 348,15K pB = 0,5⋅10^6 Pa zB = 1	Gęstość czynnika zimnego,
prędkość gazu w rurkach [(10Ⴘ25)m/s] założyłem: w = 15 m/s	Dobór wymiennika Powierzchnia całkowita pola przekroju rurek dla czynnika gorącego, A	A = 0,07235m^2
A = 0,07235m^2	Wymiary wymiennika Z norm wybrano wymiennik jednodrogowy bez przegród: o wiązce rur dz Ⴔ g = 16Ⴔ2mm 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	Fz=32,6 Fr=29,7% dz Ⴔ g = 16Ⴔ2mm t=32 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
	Ciepło właściwe, CpA 200 [°C] N2 29,471 O2 30,815 NO 30,333
dw = 0,012m	Liczba Reynoldsa, ReA	ReA = 25893,1
	Liczba Prandtla, PrA	PrA = 0,5284
c = 0,023 A = 0,8 B = 0,4 PrA = 0,5284 ReA = 25893,1	Liczba Nusselta, Nu
dw = 0,012m	Współczynnik wnikania ciepła w rurkach,	222,493
tBśr = 75°C	Czynnik zimny w przestrzeni międzyrurowej, B Rzeczywiste ciepło właściwe, CpB 0 [°C] 100 [°C] 75 [°C] O2 29,274 29,877 29,72625 N2 29,115 29,199 29,178
n = 649 sztuk Dw = 0,6m dz = 0,016 m	Średnica ekwiwalentna, de m	de = 0,017m
	Liczba Prandtla, PrB	PrB = 0,569
de = 0,017m	Liczba Reynoldsa, ReB	ReB = 22296,5
de = 0,017m dz = 0,016 m ReB = 22296,5 PrB = 0,569	Liczba Nusselta, NuB	NuB = 63,32
NuB = 63,32 de = 0,017m	Współczynnik wnikania ciepła w przestrzeni międzyrurowej,
222,493	Porównanie współczynników wnikania:
222,493 tBśr = 75°C tAśr = 200°C	Współczynnik przenikania ciepła, k Temperatura ścianki, tść	tść =152,87°C
	Opory zanieczyszczeń,
222,493 Stal stopowa Mo 16M dla 152,87°C tść [^0C] ść 200 45,9 s = g = 0,002mm	Współczynnik przenikania ciepła, k
	Dobór długości wymiennika, L Obliczamy powierzchnię wymiany ciepła, Fobl	Fobl = 37,164 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 = 42,79m^2	Fśr = 42,79 m^2
Fśr = 42,79 m^2 Fobl = 37,164 m^2	Powierzchnia rezerwy, Fr Z powyższych obliczeń wynika, że długość wymiennika L = 1,5 m Wymiennik jest zaprojektowany z 15,1% rezerwą	Fśr = 15,1%
L= 1,5m	Dobieranie przegrody do wymiennika Zakładam 3 przegrody ( 4 przestrzeni ) 1.Odległość miedzy przegrodami h= 1,5/4=0,375m	h= 0,375m
t=21mm d=16mm	2. Odczytuję z tablic Ψ z stosunku t od d t/d= 21/16= 1,3125 Ψ= 0,51	Ψ = 0,51
L= 1,5m Dw=0,6m π=3,14 n=649 d=16mm	3. Objętość przestrzeni między rurkowej	V-Vr= 0,228 m^3
h= 0,375m Ψ = 0,51	4.Strzałka odcinka przegrody b	b = 0,27m
Dw=0,6 h= 0,375m L= 1,5m Ψ = 0,51	5.Zastępcza droga przepływu	LA=2,447 m
V-Vr= 0,228 m^2 LA=2,447 m Ψ = 0,51	6. Minimalny przekrój przepływu Fmin	Fmin=0,04752 m^2
GB=3,4445 Fmin=0,04752 m^2	7.Prędkość masowa	gmax= 72,49kg/(m^2*s)
tb1=30⁰C tb2=120⁰C tśB= 75⁰C tśA= 200⁰C	8.Średnia temperatura tś= (30+120)/2=75⁰C 9.Średnia temperatura ściany ze względu na αA - αB tf= (200+75)/2= 137,5⁰C	tś= 75⁰C tf= 137,5⁰C
tś= 75⁰C tf= 137,5⁰C	10.Średnia temperatura warstwy przyściennej tγ=(137,5+75)/2=106,25⁰C	tγ=106,25⁰C
tγ=106,25⁰C Tγ = 379,4K	Temperatura zredukowana czynnika Tr,B	Tr,B = 2,874
pr,B = 0,134 Tr,B = 2,874	Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości, Zredukowany dynamiczny współczynnik lepkości „ ” odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych	1,17
1,17	Dynamiczny współczynnik lepkości czynnika B,
pr,B = 0,134 Tr,B = 2,874	Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła, Zredukowany współczynnik przewodzenia ciepła odczytano z wykresu z tablic do obliczeń procesowych.
	­­Współczynnik przewodzenia ciepła czynnika B,
	Liczba Prandtla, PrB	PrB = 0,5588
gmax= 72,49kg/(m^2*s) d=0,016	Liczba Reynoldsa, ReB	ReB = 50195
ε=0,6 ReB = 50195 PrB = 0,5588	Liczba Nusselta, NuB NuB= ε*0,33*Re^0,6*Pr^0,33 NuB=0,6*0,33*50195^0,6*0,5588^0,33=108,99	NuB=108,99
NuB = 108,99 de = 0,016m	Współczynnik wnikania ciepła w przestrzeni międzyrurowej,
222,493	Porównanie współczynników wnikania:
222,493 Stal stopowa Mo 16M dla 152,87°C tść [^0C] ść 200 45,9 s = g = 0,002mm	Współczynnik przenikania ciepła, k
∆tmax=210⁰C ∆tA=80⁰C ∆tB=90⁰C	Obliczam i odczytuję poprawkę ε ζ= ∆tA/∆tmax­ = 80/210 = 0,381 η= ∆tB /∆tmax = 90/210 = 0,43 odczytuję poprawkę z tablic na podstawie wartości ζ i η: ε = 0,948	η=0,43 ζ= 0,381 ε = 0,948
ε = 0,948	Dobór długości wymiennika, L Obliczamy powierzchnię wymiany ciepła, Fobl	Fobl = 28,38 m^2
Zakładam L=1,2m a=0,875 Fz=39,13m^2	Średnia powierzchnia wymiany ciepła, Fśr Fśr = a⋅Fz Fz=39,13m^2 gdzie: a - stała odczytana z tablic do obliczeń procesowych Fśr = 0,875 ⋅ 39,13= 34,24m^2	Fśr = 34,24m^2
Fśr = 34,24 m^2 Fobl = 28,38m^2	Powierzchnia rezerwy, Fr Z powyższych obliczeń wynika, że długość wymiennika L = 1,2 m Wymiennik jest zaprojektowany z 20,6% rezerwą, oraz zawiera 3 przegrody poprzeczne.	Fśr = 20,6%
(MR) = 8314,7 J/(kmol⋅K) TA1=513,15K TA2=433,15K pA = 0,5⋅10^6 Pa	Dobór króćców Gęstość czynnika gorącego,
pB = 0,5⋅10^6 Pa MzB = 28,84 kg/kmol (MR) = 8314,7 J/(kmol⋅K) TB1=303,15K TB2=393,15K	Gęstość czynnika zimnego,
Dw = 600mm	Dobór króćców Z norm dobieram króciec o wymiarach dz × g = 273 × 8 mm Dwk = 273 - 2*8 = 257 mm = 0,257 m Średnica nominalna Dn = 250 mm	Dwk = 0,257 m Dn = 250 mm
Dw = 0,257 m	Prędkość czynnika gorącego, wA	wA1=22 m/s <40m/s wA2=19,162 m/s <40m/s
Dw = 0,257 m	Prędkość czynnika zimnego, wB	Dn = 250 mm wB1=11,612 m/s <40m/s wB2=15,061 m/s <40m/s
Dw = 600mm	Dobór dna elipsoidalnego Przy Dw×s = 600×10 mm z norm dobieram dno elipsoidalne 600 × 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

1

t_A1

t_A1

t_B2

t_A2

t_B1

L



4

A

G

kg

s





4

A

G

kg

s



s

kg

G

A

4





---