Расчет пластинчатого теплообенника для подогрева агар-агар перед упариванием

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Декабря 2010 в 13:52, курсовая работа

Описание

Теплообменом называется самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным температурном полем. Температурном полем называется совокупность значений температуры во всех точках пространства в данный момент времени. Перенос теплоты всегда происходит в направлении убывающей температуры.
Теплообменниками называются аппараты, в которых происходит теплообмен между рабочими средами независимо от их технологического или энергетического назначения.
Теплоноситель — движущаяся среда (газ, пар, жидкость), используемая для переноса теплоты.
В процессах теплопередачи участвуют не менее двух сред (веществ) с различными температурами. Среда с более высокой температурой, отдающая при теплообмене теплоту, называется горячим теплоносителем, среда с более низкой температурой, воспринимающая теплоту, называется холодным теплоносителем (хладагентом). Теплоносители и хладагенты должны быть химически стойкими, не вызывать коррозии аппаратуры, не образовывать отложений на стенках аппаратов.

Работа состоит из  1 файл

Курсовой.docx

— 83.99 Кб (Скачать документ)

  Вода испаряется и удаляется в виде пара, а растворённые вещества остаются в растворе в неизменном количестве.

  Выпаривание производится в испарителях технологического назначения, называемых выпарными аппаратами.

  Вследствие удаления части влаги во время выпаривания увеличивается концентрация продукта, его плотность и вязкость, уменьшается теплоёмкость, теплопроводность и повышается температура кипения при том же давлении. 
 
 
 
 
 

Описание  схемы технологического процесса.

  В выпарном аппарате с вертикальными кипятильными трубками и внутренней центральной циркуляционной трубой, трубки развальцованы в двух трубных решётках, межтрубное пространство ограничивается цилиндрическими стенками аппарата и образует паровую камеру, в которую подводится греющий пар. Из межтрубного пространства снизу отводится конденсат греющего пара, сверху — неконденсирующиеся газы, поступавшие с греющим паром. Раствор кипит внутри трубок, выбрасывается над верхней трубной решёткой и, отделившись от вторичного пара, опускается по циркуляционной трубе ко входу в кипятильные трубы. Свежий раствор подаётся над верхней или под нижней трубной решёткой, сгущённый раствор отводится снизу. Вторичный пар заполняет надрастворный объём, откуда отводится через ловушку, задерживающие брызги пара. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Данные для расчёта

1.1 Производительность  теплообменника:

G = 5т/ч = 5*1000/3600 = 1,389 кг/с

1.2 Начальная  температура раствора агар-агара:

tн = 8°С

Конечная температура раствора агар-агара равна температуре кипения в вакуум-выпарной установке.

1.3 Остаточное  давление в выпарном аппарате 

Pост = 39240 Па = 39,24 кПа.

1.4 Греющий агент — конденсат водяного пара давлением

Pгр = 3 атм = 101325*3 = 303975 Па = 304 кПа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.Теплотехнический расчёт

2.1 По  давлению греющего пара находим  температуру его конденсации:

tнк = 133,9°С — начальная температура конденсата.

2.2 Принимаем начальную конденсацию агар-агара хн = 1,1%, конечную, после выпаривания в выпарной установке хк = 15%.

2.3 Определяем  температуру кипения раствора  агар-агара  в выпарной установке  непрерывного действия типа ВВ.

Температура вторичного пара при давлении

Pвт = Pост = 39,24 кПа

tвт = 75,29°С.

Физико-химическая депрессия

∆‌‌׀ = 0,025* хк1,1* Pвт0,17 = 0,025*151,1*39,240,17 = 0,92°С.

Гидростатическая  депрессия ∆‌‌׀ ׀

Принимаем высоту кипятильных труб в выпарной установке 

Hтр = 3 м.

Принимаем предварительно температуру кипения  раствора агар-агара 

tк = 80°С.

Плотность раствора агар-агара при температуре  кипения

ρ20 = 10*(1,42хк + (100 – хк)) = 10*(1,42*15 + (100 – 15)) = 1063 кг/м3.

ρкип = ρ20 – 0,5*(tкип – 20) = 1063 – 0,5*(80 – 20) = 1033 кг/м3.

Оптимальная высота уровня раствора агар-агара  в выпарном аппарате

Hопт = (0,26 + 0,0014*(ρкип – ρв))* Hтр = (0,26 + 0,0014*(1033 – 972))*3 = 1,036 м, где ρв — плотность воды при температуре tкип = 80°С.

Гидростатическое  давление в среднем слое выпариваемого  раствора агар-агара

Pср. = Pвт = 0,5*ρкип*g* Hопт. = 39240 + 0,5*1033*9,81*1,036 = 44489 Па = 44,5 кПа.

Температура кипения воды при данном среднем  давлении

tср. = 78,46°С.

Гидростатическая  депрессия 

∆‌‌׀ ׀  = tср. - tвт = 78,46 –75,29 = 3,17°С .

Температура кипения раствора агар-агара 

t = tвт + ∆‌‌׀ + ∆‌‌׀ ׀ = 75,29 + 0,92 + 3,17 = 79,38°С.

2.4 Конечная  температура раствора, выходящего  из теплообменника

tк = t = 79,38°С.

2.5 Температурная  схема процесса.

Принимаем температуру  конденсата, выходящего из теплообменника и возвращающегося в котельную  tкконд. = 70°С.

∆tм

t°С

∆tб

        
 

F, м2

 

∆tб = tкк. – tм = 70 – 8 = 62 оС.

∆tм = tнк. – tк = 133,9 – 79,38 = 54,52°С.

Отношение ∆tб/∆tм = 62/54,52 = 1,14 < 2.

Средний температурный напор

∆tср. = (∆tб + ∆tм)/2 = (62 + 54,52)/2 = 58,26°С.

2.6 Изменение  температур теплоносителей:

Конденсат ∆tк = tнк – tкк = 133,9 – 70 = 63,9°С.

Раствор агар-агара ∆tр = tк –  tн = 79,38 – 8 = 71,38°С.

Следовательно, в начале находим среднюю температуру конденсата, так как ∆tк < ∆tр.

Средняя температура конденсата

tсрк = (tнк + tкк)/2 = (133,9 + 70)/2 = 101,95°С.

Средняя температура раствора агар-агара

tср = tсрк - ∆tср. = 101,95 – 58,26 = 43,69°С.

2.7 Теплофизические  характеристика конденсата при tсрк = 101,95°С. 

Плотность

ρк =  956,3 кг/м3.

Удельная  теплоёмкость

ск = 4,23 кДж/кг.

Коэффициент теплопроводности

λк = 0,683 Вт/м*К.

Динамический  коэффициент вязкости

μк = 275,10-6 Па*с = 0,2755*10-3.

Критерий  Прандтля

Prк = с*μ/λ = 4230*0,2755*10-3/0,683 = 1,71.

2.8 Теплофизические  характеристики раствора агар-агара  с начальной концентрацией хн = 1,1% и tср = 43,69°С.

Плотность

ρ20 = 10(1,42* хн + (100 – хн)) = 10*(1,42 *1,1 + (100 – 1,1)) = 1004,62 кг/м3

ρ = ρ20 – 0,5(tср – 20) = 1004,62 – 0,5*(43,69 – 20) = 992,8 кг/м3.

Удельная  теплоёмкость

с = 4190 - 0,01* хн*(2510 - 7,54* tср + 4,61*(100 – Дб)) = 4190 – 0,01*1,1(2510 – 7,54*43,69 + (100 – 95)) = 4180,5 Дж/кг*К, где Дб — доброкачественность раствора агар-агара (принимаем самостоятельно).

Коэффициент теплопроводности

λ20 = 0,593 – 0,025* хн0,53 = 0,593 – 0,025*1,10,53 = 0,567 Вт/м*К

λt = λ20 + 0,00068*(tср – 20) = 0,567 + 0,00068*(43,69 – 20) = 0,583 Вт/м*К.

Динамический  коэффициент вязкости

 μ  = 0,94е(0,05 + 0,08хн) = 0,94*2,72(0,05 +0,08*1,1) = 1,079 мПа*с.

μ при  tср = 43,69оС

μt = 12,9* μ/ tср0,85 = 12,9*1,079/43,690,85 = 0,561*10-3 Па*с.

Критерий  Прандтля

Pr = с*μ/ λ = 4180,5*0,561*10-3/0,583 = 4,02.

2.9 Тепловой поток

Q = G*c(tк - tн) = 1,389*4180,5*(79,38 – 8) = 414483 Вт.

2.10 Расход конденсата с учётом 3% тепловых потерь в окружающую среду.

хп = 1,03.

Gк = хп*Q/ск(tнк – tкк) = 1,03*414483,3/4230*(133,9 – 70) = 1,58 кг/с.

2.11 Линейная скорость теплоносителей в пластинчатых теплообменниках

ω = 0,3 — 1,2 м/с.

Принимаем предварительно среднюю скорость

ωср = (0,3 + 1,2)/2 = 0,75 м/с.

Принимаем предварительно коэффициент теплопередачи от жидкости к жидкости [1] т. 25

К׀ = 1000 Вт/ м2*К.

Площадь поверхности теплообмена, предварительно

F׀ = Q/( К׀*∆ tср) = 414483/(1000*58,26) = 7,1 м2.

Принимаем пластины теплообменника согласно ГОСТ 15518-83. Тип Р.

Площадь поверхности теплообмена

F1 = 0,6 м2

Высота  пластины

H = 1,375 м.

Ширина  пластины

B = 0,66 м.

Толщина пластины

δ = 0,001 м.

Эквивалентный диаметр канала

 dэ = 0,0074 м.

Поперечное  сечение канала

f1 = 0,00262 м2.

Приведённая длина канала

Lп = 0,893 м.

Расстояние  между пластинами

h = dэ/2 = 0,0074/2 = 0,0037 м.

Конструкционный материал пластины — нержавеющая  сталь.

Коэффициент теплопроводности нержавеющеё стали

λст = 17,5 Вт/м*К.

Число пластин, предварительно

n׀ = F׀/F1 = 7,1/0,6 = 12.

2.12 Компоновка  теплообменника.

Число каналов в пакете для раствора агар-агара

m = G/( f1* ωср*ρ) = 1,389/(0,00262*0,75*992,8) = 0,7.

Для конденсата

mк = Gк/( f1* ωсрк) = 1,58/(0,00262*0,75*956,3) = 0,8.

Принимаем по одному каналу в пакете:

m = 1,   mк = 1.

2.13 Действительная  скорость раствора агар-агара

ω = G/( f1*m*ρ) = 1,389/(0,00262*1*992,8) = 0,53 м/с.

Конденсата:

ωк = Gк/( f1*m*ρк) = 1,58/(0,00262*1*956,3) = 0,63 м/с.

2.14 Критерий  Рейнольдса для раствора агар-агара:

Re = ω*dэ*ρ/μ = 0,53*0,0074*992,8/0,561*10-3 = 6941 — переходная область.

Информация о работе Расчет пластинчатого теплообенника для подогрева агар-агар перед упариванием