Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

J

c

– поправочный коэффициент, используемый для учета влияния потока через

окна перегородок на параметр теплоотдачи J, который рассчитывается по

поперечному потоку

cc

F72,055,0J 

61078,072,055,0J

c



J

c

= 0,989762.

9.1.2.1.10. Расчет поправочного коэффициента J

l

J

l

– поправочный коэффициент, используемый для учета влияния протечек через

перегородку на теплоотдачу, для расчета которого существуют определяющие

параметры

m

tbsb

lm

S

SS

r





106371,0

001233,00010655,0

r

lm





r

lm

= 0,021613;

tbsb

sb

s

SS

S

r





001233,00010655,0

0010655,0

r

s





r

s

= 0,463563;

   

 

 

lmssl

r2,2expr144,01r144,0J 

,

где

 

 

8,0r115,0p

s



 

 

8,0463563,0115,0p 

р = 0,58046;

   

 

 

021613,02,2exp463563,0144,01463563,0144,0J

l



J

l

= 0,964526.

151

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

9.1.2.1.11. Расчет поправочного коэффициента J

b

J

b

– поправочный коэффициент, используемый для учета байпасных потоков, для

расчета которого существует поправочный параметр

tcc

ss

N

r 

3332,10

0

r

ss



r

ss

= 0;

 

 

3

ssp sbbhb

r21FCexpJ 

,

где

c

bh

= 1,35 при Re  100;

c

bh

= 1,25 при Re  100;

 

 

3

b

021174615,025,1expJ 

J

b

= 0,803909.

9.1.2.1.12. Расчет поправочного коэффициента J

s

J

s

– поправочный коэффициент, используемый для учета влияния на теплоотдачу

шага размещения перегородок на выходных (входных) участках

 

   

*

0

*

1b

n1

*

0

n1

*

1b

s

LL1N

J







,

где

bc

bo

*

0

L

L 

251,0

245,0

L

*

0



;976096,0L

*

0



bc

bi

*

1

L

L 

251,0

336,0

L

*

1



*

1

L

1,338645;

152

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

n = 0,333 при Re  100;

n = 0,6 при Re  100;

 

   

 

1338645,113265,5

1338645,113263,5

J

6,016,01

s







J

s

= 0,969736.

9.1.2.2. Расчет коэффициента теплоотдачи

9.1.2.2.1. Расчет коэффициента теплоотдачи на идеальных пучках труб

9.1.2.2.1.1. Расчет среднеарифметической температуры потока, по которой

рассчитываются теплофизические свойства межтрубного потока

2

ТТ

Т

ВЫХ

Ф

ВХ

Ф

СР

Ф





2

473280

Т

СР

Ф





. К376,5 Т

СР

Ф



9.1.2.2.1.2. Теплофизические свойства потока при Т

Ф

СР

и Р = 0,12 МПа

С

р

= 1012 - изобарная теплоемкость отбросной фракции, Дж/(кг*К);



Ф

= 2207 * 10

-8

- динамическая вязкость отбросной фракции, Н*с/м

2

;



Ф

= 315 * 10

-4

- теплопроводность отбросной фракции, Вт/(м*К);



Ф

= 1,11 - плотность отбросной фракции, кг/м

3

.

9.1.2.2.1.3. Расчет массовой скорости потока, кг/(м

2

*с)

m

s

S

M

m 

106371,0

536,1

m

s



m

s

= 14,44.

9.1.2.2.1.4. Расчет числа Рейнольдса потока

153

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

Ф

Н

Тs

e

dm

R







00002207,0

016,044,14

R

e





Re = 10468,35.

9.1.2.2.1.5. Расчет числа Прандтля потока

Ф

Фp

r

c

p









0315,0

00002207,01012

p

r





Pr = 0,709.

9.1.2.2.1.6. Расчет коэффициента теплоотдачи для идеального пучка труб

   

i

r

s

3/2

rspi

jФPmc 





,

где

Ф

s

– температурный фактор , определяемый как отношение вязкости при темпера-

туре потока к вязкости при температуре на поверхности теплообмена .

Для газов :

(Ф

s

)

r

= 1 – при охлаждении ;

(Ф

s

)

r

=

2,0

тр

ср

273Т















- при нагреве ;

(Ф

s

)

r

=

2,0

2,590

5,376













(Ф

s

)

r

= 0,914018;

2

а

a

Н

Т

tp

1i

Re

d

L

33,1

aj 















,

где

4

a

3

Re14,01

a





а

1

= 0,321, а

2

= - 0,388, а

3

= 1,450, а

4

= 0,519 – поправочные коэффициенты ,

справедливые для чисел Рейнольдса, лежащих в диапазоне от 10 000 до 100 000;

154

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

519,0

35,1046814,01

45,1

a





а = 0,080207;

388,0

080207,0

i

35,10468

016,0

038,0

33,1

321,0j



















j

i

= 0,008445;

 

008445,0914018,0709,044,141012

3/2

i







i

= 141,85 Вт/(м

2

*К).

9.1.2.2.1.7. Расчет среднего коэффициента теплоотдачи к потоку отбросной

фракции

totiФ

J



,

где

sbictot

JJJJJ 

969736,0803909,0964526,0989762,0J

tot



J

tot

= 0,744227;

744227,085,141

Ф





Ф

= 105,57 Вт/(м

2

*К).

9.1.2.2.1.8. Определение суммарной поверхности теплообмена

В процессе теплообмена принимают участие как поверхности рабочей части всех

ТЭНов, так и обе поверхности каждой из сегментных перегородок и поверхность

нижнего днища. Суммарная поверхность теплообмена равна сумме поверхностей

всех ТЭНов плюс сумма 10–ти поверхностей сегментных перегородок плюс

поверхность одного днища.

Поверхность сегментной перегородки

ПЕР

СЕГ

S

= 0,29726.

Поверхность днища

ДН

S

= 0,38485.

Длина рабочей части ТЭНа l

ТРЧ

= 1,495 м.

Суммарная поверхность ТЭНов

Т

S

будет равна:

ТРЧТ

Т

lndS 



495,1120016,0S

Т







Т

S

9,0176 м

2

.

155

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

Суммарная поверхность теплообмена

ТО

S

будет равна:

ДНПЕР

СЕГТТО

SS10SS 

38485,029726,0100176,9S

ТО





ТО

S

12,3756 м

2

.

9.1.2.2.1.9. Определение средней температуры поверхности ТЭНов

Поверхность теплообмена вычисляется по формуле:

T

N

S

Ф

T

ТО









,

где



T

N

300000 Вт – суммарная мощность ТЭНов;



Ф

= 105,57 Вт/(м

2

*К) – средний коэффициент теплоотдачи к потоку отбросной

фракции;

Т

разность температур между средней температурой ТЭНов

СР

Т

и средней

температурой отбросной фракции

СР

Ф

Т

, К;

СР

Ф

СР

Т

ТТТ 

,

где

- К376,5 Т

СР

Ф



средняя температура отбросной фракции.

Находим среднюю температуру поверхности ТЭНов по формуле

3756,1257,105

300000

5,376Т

СР

Т







СР

Т

606,12 К – средняя температура поверхности ТЭНов.

9.1.2.2.1.10. Определение начального электрического сопротивления R

0

каждого ТЭНа

Для определения электрического сопротивления ТЭНа R

СР

при средней

температуре его поверхности находим силу тока J исходя из условий:

N = 5000 Вт – мощность каждого ТЭНа;

U = 380 В – напряжение;

U

N

J 

156

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

380

5000

J 

J = 13,16 А – сила тока.

Электрическое сопротивление ТЭНа R

СР

при средней температуре его

поверхности находим по формуле:

2

СР

J

N

R 

2

СР

16,13

5000

R 



СР

R

28,87 Ом – электрическое сопротивление каждого ТЭНа при средней темпе-

ратуре его поверхности.

 

СР

ТT0СР

T1RR 



,

где



T



0,0004

0

С

-1

– температурный коэффициент сопротивления нихрома;



СР

Т

606,12 К = 333,12

0

С – средняя температура поверхности ТЭНов.

Начальное электрическое сопротивление каждого ТЭНа R

0

находим по формуле:

СР

ТT

СР

0

T1

R







12,3330004,01

87,28

R

0





0

R

25,48 Ом – начальное электрическое сопротивление каждого ТЭНа.

9.1.2.2.1.11. Методика проведения поверочного расчета для каждого из

участков аппарата

Для определения средней температуры поверхности ТЭНов на каждом участке

решается система трех уравнений

 

l

nT1RJQ

ТРЧ

i

TiT0

2i

ЭЛ





  

ii

ВХ

i

ВЫХ

i

ТФ

i

ТО

FТТТQ 



 

i

ВХ

i

ВЫХФ PS

i

Ф

ТТCMQ 

где

QQQ

i

Ф

i

ТО

i

ЭЛ



;



i

ЭЛ

Q

количество тепла, выделяемое ТЭНами на i–том участке, Вт;



i

ТО

Q

тепловая нагрузка аппарата на i–том участке, Вт;



i

Ф

Q

количество тепла для нагрева отбросной фракции на i–том участке, Вт;

157

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

J = 13,16 А – сила тока;



0

R

25,48 Ом – начальное электрическое сопротивление каждого ТЭНа;



T



0,0004

0

С

-1

– температурный коэффициент сопротивления нихрома;

n

Т

= 60 шт – действительное количество ТЭНов в аппарате;

l

ТРЧ

= 2,99 м – полная длина рабочей части каждого ТЭНа;



Ф

= 105,57 Вт/(м

2

*К) – средний коэффициент теплоотдачи к потоку отбросной

фракции;



S

M

1,536 кг/с – массовый расход отбросной фракции;

С

Р Ф

= 1012 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость отбросной фракции;

l

i

– полная длина каждого ТЭНа на i–том участке;



i

Т

средняя температура поверхности ТЭНов на i–том участке,

0

С;



i

ВЫХ

Т

температура фракции на выходе из i–того участка,

0

С;



i

ВХ

Т

температура фракции на входе в i–тый участок,

0

С;



i

F

поверхность теплообмена i–того участка;

9.1.2.2.1.12. Определение средней температуры ТЭНов на 1-м участке

9.1.2.2.1.12.1. Исходные данные для расчета

J = 13,16 А – сила тока;



0

R

25,48 Ом – начальное электрическое сопротивление каждого ТЭНа;



T



0,0004

0

С

-1

– температурный коэффициент сопротивления нихрома;

n

Т

= 60 шт – действительное количество ТЭНов в аппарате;

l

ТРЧ

= 2,99 м – полная длина рабочей части каждого ТЭНа;



Ф

= 105,57 Вт/(м

2

*К) – средний коэффициент теплоотдачи к потоку отбросной

фракции;



S

M

1,536 кг/с – массовый расход отбросной фракции;

С

Р Ф

= 1012 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость отбросной фракции;

l

1

= 0,492 м – полная длина каждого ТЭНа на 1–ом участке, равная двойной длине

первого участка за вычетом двойной длины шпильки;



1

ВХ

Т

8

0

С – температура отбросной фракции на входе в 1–ый участок;



1

F

1,78 м

2

– поверхность теплообмена 1–го участка, равная сумме поверхности

ТЭНов данного участка и одной поверхности сегментной перегородки.

9.1.2.2.1.12.2. Искомые величины



1

Т

средняя температура поверхности ТЭНов на 1–ом участке,

0

С;



1

ВЫХ

Т

температура отбросной фракции на выходе из 1–го участка,

0

С;

158

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата

-QQQ

1

Ф

1

ТО

1

ЭЛ



количество тепла, Вт.

9.1.2.2.1.12.3. Полученные результаты



1

Т

280,21

0

С – средняя температура поверхности ТЭНов на 1–ом участке;



1

ВЫХ

Т

38,16

0

С – температура отбросной фракции на выходе из 1–го участка;

QQQ

1

Ф

1

ТО

1

ЭЛ



48,44 Вт – количество тепла.

9.1.2.2.1.13. Определение средней температуры ТЭНов на 2-м участке

9.1.2.2.1.13.1. Исходные данные для расчета

J = 13,16 А – сила тока;



0

R

25,48 Ом – начальное электрическое сопротивление каждого ТЭНа;



T



0,0004

0

С

-1

– температурный коэффициент сопротивления нихрома;

n

Т

= 60 шт – действительное количество ТЭНов в аппарате;

l

ТРЧ

= 2,99 м – полная длина рабочей части каждого ТЭНа;



Ф

= 105,57 Вт/(м

2

*К) – средний коэффициент теплоотдачи к потоку отбросной

фракции;



S

M

1,536 кг/с – массовый расход отбросной фракции;

С

Р Ф

= 1012 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость отбросной фракции;

L

2

= 0,502 м – полная длина каждого ТЭНа на 2–ом участке, равная двойной длине

второго участка;



2

ВХ

Т

38,16

0

С – температура отбросной фракции на входе во 2–ой участок;



2

F

2,11 м

2

– поверхность теплообмена 2–го участка, равная сумме поверхности

ТЭНов данного участка и двух поверхностей сегментной перегородки.

9.1.2.2.1.13.2. Искомые величины



2

Т

средняя температура поверхности ТЭНов на 2–ом участке,

0

С;



2

ВЫХ

Т

температура отбросной фракции на выходе из 2–го участка,

0

С;

-QQQ

2

Ф

2

ТО

2

ЭЛ



количество тепла, Вт.

9.1.2.2.1.13.3. Полученные результаты



2

Т

275,72

0

С – средняя температура поверхности ТЭНов на 2–ом участке;

159

Лист

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата



2

ВЫХ

Т

69,71

0

С – температура отбросной фракции на выходе из 2–го участка;

QQQ

2

Ф

2

ТО

2

ЭЛ



49,35 Вт – количество тепла.

9.1.2.2.1.14. Определение средней температуры ТЭНов на 3-м участке

9.1.2.2.1.14.1. Исходные данные для расчета

J = 13,16 А – сила тока;



0

R

25,48 Ом – начальное электрическое сопротивление каждого ТЭНа;



T



0,0004

0

С

-1

– температурный коэффициент сопротивления нихрома;

n

Т

= 60 шт – действительное количество ТЭНов в аппарате;

l

ТРЧ

= 2,99 м – полная длина рабочей части каждого ТЭНа;



Ф

= 105,57 Вт/(м

2

*К) – средний коэффициент теплоотдачи к потоку отбросной

фракции;



S

M

1,536 кг/с – массовый расход отбросной фракции;

С

Р Ф

= 1012 Дж/(кг*К) – изобарная теплоемкость отбросной фракции;

L

3

= 0,502 м – полная длина каждого ТЭНа на 3–ом участке, равная двойной длине

третьего участка;



3

ВХ

Т

69,91

0

С – температура отбросной фракции на входе в 3–ой участок;



3

F

2,11 м

2

– поверхность теплообмена 3–го участка, равная сумме поверхности

ТЭНов данного участка и двух поверхностей сегментной перегородки.

9.1.2.2.1.14.2. Искомые величины



3

Т

средняя температура поверхности ТЭНов на 3–ем участке,

0

С;



3

ВЫХ

Т

температура отбросной фракции на выходе из 3–го участка,

0

С;

-QQQ

3

Ф

3

ТО

3

ЭЛ



количество тепла, Вт.

9.1.2.2.1.14.3. Полученные результаты



3

Т

310,44

0

С – средняя температура поверхности ТЭНов на 3–ем участке;



3

ВЫХ

Т

102,06

0

С – температура отбросной фракции на выходе из 3–го участка;

QQQ

3

Ф

3

ТО

3

ЭЛ



49,96 Вт – количество тепла.

160

Дипломный проект - Технологический расчет криогенной воздухоразделительной установки А-8-1М

Подождите немного. Документ загружается.