1/ ρб = 10-2*((100 - 6)/ 986,4 + 15/ 1059,4 + 5/ 875,4) = 0,001516
ρб = 659,63 кг/м3
Удельная теплоёмкость (5) 74:
С = 10-2*((100 – Вн)* Св + Вс* Сс + Вж* Сж)
Св = 4,18 кДж/кг*К – удельная теплоёмкость воды (3) т. XXXIX
Сс = 3130 – 5,02 * Тср = 3130 – 1642,87 = 1487,13 Дж/кг*К - удельная теплоёмкость сухих веществ (6) II 133
Сж = 1031 + 3,025 * Тср = 1031 + 989,98 = 2020,98 Дж/кг*К
Сб = 10-2*((100 – 6)*4180 + 15*1487,13 + 5*2020,98) = 4253,32 Дж/кг*К.
Коэффициент теплопроводности (5) 75
1/λ = 10-2*((100 – Вн)/ λ в + Вс/ λ с + Вж/ λ ж)
λ в = 0,625 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности воды (3) т. XXXIX
λ с = 0,531 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности сухих веществ (6) т. II 8
λ ж = 0,359 * 0,00064 * Тср = 0,359 * 0,00064 * 327,265 = 0,075 Вт/(м*К) – коэффициент теплопроводности жира (6) II 289.
1/ λ б = 10-2*((100 – 6)/ 0,625 + 15/ 0,531 + 5/ 0,075) = 2,3912
λ б = 0,418 Вт/(м*К)
Динамический коэффициент вязкости: (4) II-12
µ б = µ ср(1 + 2,5φ)
µ ср = 0,507 мПа*с – динамический коэффициент вязкости воды (среды) (3) т. XI
φ = Вн/100 = 6/100 = 0,06 – начальная концентрация в сотых долях
µ б = 0,507*(1+2,5*0,06) = 0,58305*10-3 Па*с.
2.7. Теплофизические характеристики конденсата при средней температуре.
tкдср = 84,469 oС (3) XXXIX
ρкд = 968,5 кг/ м3
λ кд = 0,687 Вт/(м*К)
С кд = 4,220 кДж/(м*К)
µ кд = 0,3361*10-3 Па*с
2.8. Тепловой поток (5). 2
Q = Gн * Сб * (tк – tн) = 0,5*4253,32*(94,53-14) = 171260 Вт
2.9. Расчет конденсата с учётом 5% тепловых потерь в окружающую среду: (1) стр.44
xн = 1,05
СТкд = xн* Q/ Скд * (tкдн - tкдк) = 1,05*171260/4220*(138-34) = 0,41 кг/с
2.10. Компоновка теплообменника:
Пропускаем бульон по трубкам теплообменника, конденсат в межтрубном пространстве (1) стр. 41
Диаметр трубок теплообменника принимаем в соответствии с ГОСТ 9929 – 77 на теплообменные аппараты (1).
Принимаем стальные бесшовные трубы по ГОСТ 8734 – 78 диаметром
d 25*2 мм (1) т.21.
Внутренний диаметр:
dв = dн - 2δст = 25 - 2*2 = 0,021 м
Расчётный диаметр:
dр = dн - δст = 25 – 2 = 23мм = 0,023 м
Предварительно принимаем турбулентное течение бульона в трубах. Критерий Рейнольдса Re˃10000. Принимаем Re = 11000.
Количество трубок в одном ходе: (5) 3
n1 = 4* Gбн /π* dв*Re* µ б = 4*0,5/3,14*0,021*11000*0,58305*10-3 ≈ 4
Принимаем, предварительно коэффициент теплопередачи от конденсата к бульону (1) т. 21
Кʼ = 800 Вт/(м²*К).
Площадь поверхности аппарата, предварительно: (5)
Fʼ = Q/ Кʼ*∆tср = 171260/800*30,2 = 7,09 м²
Расчётная длинна одной трубки при одном ходе:
L1 =0,318*F /dр*n1 = 0,318*7,09/0,023*4 = 24,51 м
Принимаем рабочую длину трубок:
l = 4 м (1) стр. 65
Число ходов в многозаходном теплообменнике (1) 3.12.
z = L/ l = 24,51/4 = 6,13
Принимаем z = 6
Размещаем трубки по вершинам правильных треугольников:
Шаг трубок S = 1,3* dн = 1,3*25 = 32,5 мм (1) стр.66.
Принимаем радиус окружности, на который располагаются внутренние трубки:
r = 2* dн = 2*25 = 50 мм.
Радиус окружности, на который располагаются крайние трубки:
R = r + 4*S = 50 + 4*32,5 = 180 мм.
Диаметр окружности, на которой располагаются крайние трубки:
Dʼ = 2*R = 2*180 = 360 мм
Внутренний диаметр корпуса теплообменника: (1) 3.14.
Dв = Dʼ + 4* dн = 360 + 4*25 = 460 мм
Принимаем внутренний диаметр теплообменника dв = 600 мм = 0,6 м
(1) стр.67 (кратный 200).
Общее число труб в теплообменнике: n0 = n1*z = 4*6 = 24
На основании выполненной компоновки теплообменника, принимаем для дальнейших теплотехнических расчётов шестиходовой кожухотрубный горизонтальный теплообменник, общее число труб n0 = 24. Число труб в ходе n1 = 4. Внутренний диаметр корпуса Dв = 0,46 м
2.11. Скорость бульона в трубках: (1) 38.
ω б = Gн/0,785* d²в * n1* ρб = 0,5/0,785*0,000441*4*659,63 = 0,55 м/с ˃ 0,1 м/с
(1) стр.63.
2.12. Критерий Рейнольдса (1) 2.26.
Re б = ω б*dв* ρб/µ б = 0,55*0,021*659,63/0,58305*10-3 = 13067˃10000 – развитое турбулентное течение.
2.13. Расчётная формула (3) 4.17.
Nu б = 0,021 * Re0,8 * Pr0,43 *(Pr/Prст)0,25
Критерий Прандтля: (3) 4.12.
Pr б = С б* µ б/ λ б = 4253,32*0,58305*10-3/0,418 = 5,93.
Принимаем отношение (Pr/Prст)0,25 = 1,05 для нагревающегося бульона (3) стр.152
Критерий Нуссельта:
Nu б = 0,021 * 1963,09 * 2,15 * 1,05 = 93,1
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к бульону: (3) 4.11.
= Nu б * λ б / dв = 93,1*0,418/0,021 = 1853 Вт/(м²*К).2.14. Проходное сечение межтрубного пространства: (1) 3.3.
S = 0,785*( D²в - n0 * d²н) = 0,785*(0,2116 - 24*0,000625) = 0,154 м²
2.15. Эквивалентный диаметр dэ = dв = 0,021 м.
2.16. Скорость конденсата в межтрубном пространстве: (1) стр. 64.
ω кд = Gкд/0,785* d²в * n1 * ρкд = 0,41/0,785*0,000441*4*968,5 = 0,31 м/с
2.17. Критерий Рейнольдса:
Rе кд = ω кд*dэ*ρкд/ µ кд = 0,31*0,021*968,5/0,3361*10-3 = 18759
2.18. Расчётная формула (3) 4.31. для шахматных пучков:
Nu кд = 0,4 * ε φ* Re0,6 * Pr0,36 *(Pr/Prст)0,25
Поправочный коэффициент на обтекание сегментных перегородок, поддерживающих трубы (3) стр.157 ε φ = 0,6.
Критерий Прандтля для конденсата:
Prкд = С кд* µ кд / λ кд = 4220*0,3361*10-3/0,687 = 2,065
Принимаем для охлаждающегося конденсата отношение:
(Pr/Prст)0,25= 0,93 (3) стр.152
Критерий Нуссельта:
Nu кд = 0,4 *0,6*366,37*1,298*0,93 = 106,14.
Коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке трубки:
= Nu кд * λ кд / dн = 106,14*0,687/0,025 = 2916,72.19. Термическое сопротивление загрязнения стенки трубы со стороны конденсата:
rз1 = 1/2500 м²*К/Вт
Термическое сопротивление загрязнений трубы со стороны бульона
rз2 = 1/2900 м²*К/Вт (органическая жидкость) (3) т. XXXIX
Коэффициент теплопроводности стали:
λ ст = 42 Вт/м*К (3) т. XXVII
Суммарное термическое сопротивление стенки трубы: (5)
Σ rст = rз1 + δст/ λ ст + rз2 = 1/2500 + 0,02/42 + 1/2900 =
= 0,0004 + 0,00047619 + 0,000344827 = 0,00122 м²*К/Вт.
2.20. Коэффициент теплопередачи стали:
К = 1/(1/
+ Σ rст + 1/ ) = 1/(1/2916,7 + 1/0,00122 + 1/1853) == 1/0,002102518 = 475,62 Вт/ м²*К
2.21. Поверхность теплообмена:
F = Q/ К*∆tср = 171260/475,62*30,2 = 11,92 м²
2.22. Расчётная длина трубок: (1) стр.65
l = F/ π * dр* 78 = 11,92/3,14*0,023*78 = 2,12 м.
На основании характеристик теплообменников. ТН с трубами d 25*2
ГОСТ 15118-79 (3) т. 4.12, характеристик кожухотрубных аппаратов типа ТН
По ГОСТ 9929-77, принимаем длину теплообменных труб lн = 3 м (1) табл.10
Принятая поверхность теплообмена:
F т = π * dр* lн * n0 = 3,14*0,023*3*24 = 5,2 м²
2.23. Схема процесса теплопередачи.
Удельный тепловой поток:
q = К*∆tср = 475,62*30,2 = 14364 Вт/ м²
Разность температур конденсата и наружной поверхности стенки трубы:
∆t1 = q/
= 14364/2916,7 = 5 оСТемпература наружной поверхности стенки трубы:
tст1 = tкдср - ∆t1 = 84,5 – 5 = 79,5 оС
Разность температур поверхности стенки и бульона:
∆t2 = q/
= 14364/1853 = 7,8 оСТемпература внутренней поверхности стенки трубы:
tст2 = tбср - ∆t2 = 80,5 – 7,8 = 72,7 оС
3.Конструктивный расчет.
3.1. Высота (длина) днища h. Принимаем h/ DН = 0,2 (1) т.58.
Находим высоту днища, приняв предварительно наружный диаметр корпуса теплообменника: DН = 0,608 м.
h = 0,2* DН = 0,2*0,608 = 0,125м.
3.2. Длина входной и промежуточной камер:
L кам = 2* h = 0,25м
3.3. Длинна корпуса теплообменника: