Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Электроэнергетика http://inraf.ru/

Начертательная геометрия
Инженерная графика
Машиностроительное черчение
Химия
Современная теория строения атомов и молекул
Закон эквивалентов
Рассчитайте мольную массу
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
ИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Окислительно-восстановительные реакции
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ЭЛЕКТРОЛИЗ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Полимеры
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Пример решения задачи № 2
Гидромеханические методы
Теплопередача
Расчет коэффициента теплопередачи
Классы неорганических соединений
Элементы химической термодинамики
Электролитическая диссоциация
Электролитическая диссоциация
Дисперсные системы
Растворы неэлектролитов
Степень окисления
Электрохимические процессы

Расчет коэффициента теплопередачи К

Уточненное значение К рассчитаем по формуле (4.14) [4, с.168]:

. (4.14)

Здесь , – коэффициенты теплоотдачи со стороны горячего (1) и холодного (2) теплоносителей, Вт/(м2·К);

= R, R – сумма термических сопротивлений:

,  (4.15а)

где – толщина стенки, м;

, – толщина загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителя соответственно, м;

  – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м·К);

, – коэффициент теплопроводности загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителя соответственно, Вт/(м·К).

Тепловая проводимость загрязнений  является справочной величиной [4, с. 531]. Примем со стороны греющего пара
=5800 Вт/(м2·К); со стороны рассола соли примем =5000 Вт/(м2·К); = 2 мм;  определяется по марке материала, из которого изготавливаются трубы.

Для исполнения трубок, узлов и деталей подогревателя примем высоколегированную коррозионностойкую, жаростойкую и жаропрочную сталь марки Х17 [7], т. к. она рекомендуется для изготовления трубных пучков и ее коррозионные разрушения характеризуются низкой проницаемостью: П < 0,1 мм/год; ее коэффициент теплопроводности
=25,1 Вт/(м·К) [5].

Внимание! В расчетах можно использовать также сталь 3, ее коэффициент теплопроводности = 46,5 Вт/(м·К); или нержавеющую сталь, =17,5 Вт/(м·К).

Рассчитаем тепловую проводимость стенки трубы и ее загрязнений (1/R), с учетом (4.15а) она будет иметь вид:

;  (4.15б)

= 2212 Вт/(м2·К).

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи со стороны пара .

Так как изначально было принято вертикальное исполнение теплообменника, то для конденсирующегося на пучке вертикальных труб пара для расчета  формула имеет вид [4, с. 161]:

.  (4.16)

Здесь свойства , ,  берутся для жидкости (конденсат пара – вода) при температуре пленки конденсата  (воспользуемся табл. 4.2).

Внимание! При решении задач с аналогичной постановкой (температура горячего теплоносителя постоянна) можно принимать:

, ,  при температуре конденсации пара.

  – поправочная функция. Для водяного пара =1;

– наружный диаметр теплообменных трубок. Ранее было принято проводить расчет на трубы размером 25×2 мм, т.о. = 0,025 м;

N – общее число труб (согласно табл. 4.3 принято 100 штук);

D – массовый расход греющего пара (влажного), кг/с:

  = 6062 Вт/(м2·К).

Если принимается горизонтальное исполнение теплообменника, то формула для расчета  будет иметь другой вид [4, с. 162–165].

При пленочной конденсации насыщенного пара на наружной поверхности пучка горизонтальных труб (пар находится в межтрубной зоне теплообменника) расчет коэффициента теплоотдачи (α) можно провести по одной из формул:

,

где λ – теплопроводность конденсата, Вт/(м·К);

ρ – плотность конденсата, кг/м3;

n – число труб в теплообменнике, шт.;

  – длина труб, м;

μ – вязкость конденсата, Па·с;

G – расход пара, кг/с;

Ζ – усредненный коэффициент, зависящий от расположения труб в пучке (шахматное, коридорное) и от числа труб. Значение берут по графику [4, c. 165]. Характеристики берут из таблиц приложения.

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи со стороны раствора NaNO3 ().

Для жидкостей коэффициент теплоотдачи рассчитывают на основе формулы определяемого критерия теплового подобия (критерия Нуссельта) [4, с. 150]:

.  (4.17)

Уточним значение критерия Рейнольдса, поскольку в результате предварительного подбора теплообменника число труб изменилось:

==10400.

Таким образом, режим движения рассола остается турбулентным.

Критерий Нуссельта  при вынужденном турбулентном движении теплоносителя в прямых трубах и каналах [4, с. 152] рассчитывают по формуле

.  (4.18)

Здесь  – коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношения длины трубы к ее диаметру; при 50 =1 [4, с. 143];

Pr – критерий Прандтля, характеризующий поле теплофизических свойств теплоносителя:

;  (4.19)

 – критерий Прандтля, рассчитываемый по значениям свойств жидкости у теплопередающей стенки со стороны холодного теплоносителя ().

По данным табл. 4.2 (для раствора при средней температуре = 66 оС)

= 3,48.

Рассчитаем ориентировочное значение  по полуэмпирической формуле:

;  (4.20)

121 оС.

Этой температуре соответствуют следующие данные [4]:

  Дж/(кг·К);

0,641·10–3 Па·с;

 0,71 Вт/(м·К).

Таким образом,

= 3,1.

Рассчитываем критерий Нуссельта согласно (4.18):

  = 60,47  60,5.

Рассчитываем, пользуясь формулой (4.17):

=1849,6  Вт/(м2·К).

Согласно (4.14) и (4.15б) получим:

=863,78 Вт/(м2·К).

Определение минимальной расчетной поверхности теплопередачи . Из (4.1)

== 27,62 м2.

В результате всех вышеприведенных вычислений для проектируемого подогревателя водного раствора NaNO3 следует принять в соответствии с ГОСТ 15118–79 нормализованный вертикальный кожухотрубчатый теплообменник с площадью теплопередающей поверхности 31 м2.

Запас площади теплопередающей поверхности В составляет:

==12,3 %,

где   – площадь теплопередающей поверхности в соответствии с ГОСТ, м2.

Таким образом, у принятого теплообменника достаточный запас площади, поскольку он находится в пределах  %.

В результате решения задачи принят теплообменник типа ТН или ТК с характеристиками, перечисленными в табл. 4.4.

Таблица 4.4

Основные характеристики
рекомендуемого теплообменника

Диаметр кожуха внутренний D, мм

400

Диаметр труб d, мм

25×2

Число ходов z

2

Длина труб l, м

4

Общее число труб N

100

Поверхность теплопередачи, м2

31

 

Химия. Примеры решения задач контрольной работы