kursovik (732167), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Re = ω d_внρ/gμ = 1*0,007*330,1/9,81*106*10^-7 = 21810

5) Критерий Прандтля

Pr = 1,521 (см. [2])

6) Критерий Нуссельта:

Nu = 0,023 Re^0,8 Pr^0,4 = 0,015*21810^0,8*1,521^0,33 = 80,3

7) Коэффициент теплоотдачи:

α_В = Nuλ/d_вн = 80,3*15*10^-3/0,007 = 172 Вт/м²К

Обратный поток (азот низкого давления)

1)Скорость потока принимаем ω = 15 м/с

2) Секундный расход

V_сек = V*v/3600 = 1391*0,286/3600 = 0,11 м³/с

3) Живое сечение для прохода обратного потока:

Fж = V_сек/ω = 0,11/15 = 0,0074 м²

4) Диаметр сердечника принимаем Dc = 0,1 м

4) Критерий Рейнольдса

Re = ω d_внρ/gμ = 15*0,004*2,188/9,81*9,75*10^-7 = 34313

5) Критерий Нуссельта:

Nu = 0,0418 Re^0,85 = 0,0418*34313^0,85=299,4

7) Коэффициент теплоотдачи:

α_В = Nuλ/d_вн = 299,4*35,04*10^-3/0,01 = 1049 Вт/м²К

Параметры всего аппарата:

1) Тепловая нагрузка азотной секции

Q_A = AΔi_A/3600 = 1391*(454,6 – 381,33)/3600 = 28,3 кВт

2) Среднеинтегральная разность температур ΔТ_ср = 54,7 К

3) Коэффициент теплопередачи

К_А = 1/[(1/α_в)*(D_н/D_вн) + (1/α_А)] = 1/[(1/214,1)*(0,012/0,009) + (1/1049)] = 131,1 Вт/м² К

4) Площадь теплопередающей поверхности

F_A = Q_A/K_A ΔТ_ср = 28300/131,1*54,7 = 3,95 м²

5) Средняя длина трубки с 20% запасом

l_А = 1,2F_A /3,14D_Hn = 1,2*3,95/3,14*0,012*32 = 3,93 м

6) Тепловая нагрузка кислородной секции

Q_К = КΔi_A/3600 = 0,183*(467,93 – 332)/3600 = 15,1 кВт

7) Коэффициент теплопередачи

К_К = 1/[(1/α_в) + (1/α_К) *(D_н/D_вн)] = 1/[(1/214,1) + (1/172) *(0,01/0,007)]=77 Вт/м² К

8) Площадь теплопередающей поверхности

F_К = Q_К/K_К ΔТ_ср = 15100/77*25 = 7,8 м²

9) Средняя длина трубки с 20% запасом

l_К = 1,2F_К /3,14D_Hn = 1,2*7,8/3,14*0,01*55 = 5,42 м

Принимаем l = 5,42 м.

10) Теоретическая высота навивки.

Н = lt₂/πD_ср = 17*0,0122/3,14*0,286 = 0,43 м.

Второй теплообменник.

Прямой поток.

1)Скорость потока принимаем ω = 1 м/с

2) Секундный расход

V_сек = V*v/3600 = 1875*0,007/3600 = 2,6*10^-3 м³/с

3) Выбираем тубку ф 10х1,5 мм гладкую.

4) Число трубок

n = V_сек/0,785d_вн ω = 0,0026/0,785*0,007²*1 = 45 шт

Эквивалентный диаметр

d_экв = 9 – 5 = 4 мм

5) Критерий Рейнольдса

Re = ω d_внρ/gμ = 1*0,004*169,4/9,81*142,62*10^-7 = 83140

6) Критерий Прандтля

Pr =1,392 (см. [2])

7) Критерий Нуссельта:

Nu = 0,023 Re^0,8 Pr^0,33 = 0,015*83140^0,8*1,392^0,33 = 145

8) Коэффициент теплоотдачи:

α_В = Nuλ/d_вн = 145*10,9*10^-3/0,007 = 225,8 Вт/м²К

Обратный поток (кислород под давлением):

1)Скорость потока принимаем ω = 1 м/с

2) Секундный расход

V_сек = V*v/3600 = 800*0,00104/3600 = 1,2*10^-4 м³/с

3) Выбираем тубку ф 10х1,5 мм с оребрением из проволоки ф 1,6 мм и шагом оребрения t_п = 5,5мм

4) Критерий Рейнольдса

Re = ω d_внρ/gμ = 1*0,007*1067,2/9,81*75,25*10^-7 = 101200

5) Критерий Прандтля

Pr = 1,87 (см. [2])

6) Критерий Нуссельта:

Nu = 0,023 Re^0,8 Pr^0,4 = 0,015*101200^0,8*1,87^0,33 = 297,2

7) Коэффициент теплоотдачи:

α_В = Nuλ/d_вн = 297,2*10,9*10^-3/0,007 = 462,8 Вт/м²К

Обратный поток (азот низкого давления)

1)Скорость потока принимаем ω = 15 м/с

2) Секундный расход

V_сек = V*v/3600 = 2725*0,32/3600 = 0,242 м³/с

3) Живое сечение для прохода обратного потока:

Fж = V_сек/ω = 0,242/15 = 0,016 м²

4) Диаметр сердечника принимаем Dc = 0,1 м

4) Критерий Рейнольдса

Re = ω d_внρ/gμ = 15*0,01*3,04/9,81*75,25*10^-7 = 60598

5) Критерий Нуссельта:

Nu = 0,0418 Re^0,85 = 0,0418*60598^0,85=485,6

7) Коэффициент теплоотдачи:

α_В = Nuλ/d_вн = 485,6*10,9*10^-3/0,01 = 529,3 Вт/м²К

Параметры всего аппарата:

1) Тепловая нагрузка азотной секции

Q_A = AΔi_A/3600 = 2725(391,85 – 333,5)/3600 = 57 кВт

2) Среднеинтегральная разность температур ΔТ_ср = 52 К

3) Коэффициент теплопередачи

К_А = 1/[(1/α_в)*(D_н/D_вн) + (1/α_А)] = 1/[(1/225,8)*(0,01/0,007) + (1/529,3)] = 121,7 Вт/м² К

4) Площадь теплопередающей поверхности

F_A = Q_A/K_A ΔТ_ср = 57000/121,7*52 = 9 м²

5) Средняя длина трубки с 20% запасом

l_А = 1,2F_A /3,14D_Hn = 1,2*9/3,14*0,01*45 = 7,717 м

6) Тепловая нагрузка кислородной секции

Q_К = КΔi_К/3600 = 0,128*(352,8 - 332)/3600 = 4,6 кВт

7) Коэффициент теплопередачи

К_К = 1/[(1/α_в) + (1/α_К) *(D_н/D_вн)] = 1/[(1/225,8) + (1/529,3) *(0,01/0,007)] = 140,3 Вт/м² К

8) Площадь теплопередающей поверхности

F_К = Q_К/K_К ΔТ_ср = 4600/140*42,6 = 0,77 м²

9) Средняя длина трубки с 20% запасом

l_К = 1,2F_К /3,14D_Hn = 1,2*0,77/3,14*0,01*45 = 0,654 м

Принимаем l = 7,717 м.

10) Теоретическая высота навивки.

Н = lt₂/πD_ср = 7,717*0,0122/3,14*0,286 = 0,33 м.

Окончательный вариант расчёта принимаем на ЭВМ.

6. Расчёт блока очистки.

1. Исходные данные:

Количество очищаемого воздуха …………………… V = 2207,5 кг/ч = 1711 м³/ч

Давление потока …………………………………………… Р = 4,5 МПа

Температура очищаемого воздуха………………………… Т = 275 К

Расчётное содержание углекислого газа по объёму …………………...С = 0,03%

Адсорбент ……………………………………………………NaX

Диаметр зёрен ………………………………………………. d_з = 4 мм

Насыпной вес цеолита ………………………………………γ_ц = 700 кг/м³

Динамическая ёмкость цеолита по парам СО₂ ……………а_д = 0,013 м³/кг

Принимаем в качестве адсорберов стандартный баллон диаметром D_a = 460 мм и высоту слоя засыпки адсорбента

L = 1300 мм.

2) Скорость очищаемого воздуха в адсорбере:

ω = 4V_a/nπD_a²

n – количество одновременно работающих адсорберов;

V_а – расход очищаемого воздуха при условиях адсорбции, т. е. при Р = 4,5 МПа и Т_в = 275 К:

V_a = VT_B P/T*P_B = 1711*275*1/273*45 = 69,9 кг/ч

ω = 4*69,9/3*3,14*0,46² = 140,3 кг/ч*м²

Определяем вес цеолита, находящегося в адсорбере:

G_ц = nV_ад γ_ц = L*γ*n*π*D_a²/4 = 1*3,14*0,46²*1,3*700/4 = 453,4 кг

Определяем количество СО₂ , которое способен поглотить цеолит:

V_CO2 = G_ц*a_д = 453,4*0,013 = 5,894 м³

Определяем количество СО₂, поступающее каждый час в адсорбер:

V_CO2^’ = V*C_o = 3125*0,0003 = 0,937 м³/ч

Время защитного действия адсорбента:

τ_пр = V_CO2/ V_CO2^’ = 5,894/0,937 = 6,29 ч

Увеличим число адсорберов до n = 4. Тогда:

ω = 4*69,9/4*3,14*0,46² = 105,2 кг/ч*м²

G_ц = 4*3,14*0,46²*1,3*700/4 = 604,6 кг

V_CO2 = G_c *a_д = 604,6*0,013 = 7,86 м³

τ_пр = 7,86/0,937 = 8,388 ч.

Выбираем расчётное время защитного действия τ_пр = 6 ч. с учётом запаса времени.

2) Ориентировочное количество азота для регенерации блока адсорберов:

V_рег = 1,2*G_H2O /x^’ τ_рег

G_H2O – количество влаги, поглощённой адсорбентом к моменту регенерации

G_H2O = G_ца_Н2О = 604,2*0,2 = 120,84 кг

τ_рег – время регенерации, принимаем

τ_рег = 0,5 τ_пр = 3 ч.

х^’ – влагосодержание азота при Т_ср.вых и Р = 10⁵ Па:

Т_ср.вых = (Т_вых.1 + Т_вых.2)/2 = (275 + 623)/2 = 449 К

х = 240 г/м³

V_рег = 1,2*120,84/0,24*3 = 201,4 м³/ч

Проверяем количество регенерирующего газа по тепловому балансу:

V_рег *ρ_N2*C_pN2*(Т_вх + Т_{вых. ср})* τ_рег = ΣQ

ΣQ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅

Q₁ – количество тепла, затраченное на нагрев металла;

Q₂ – количество тепла, затраченное на нагрев адсорбента,

Q₃ – количество тепла, необходимое для десорбции влаги, поглощённой адсорбентом;

Q₄ – количество тепла, необходимое для нагрева изоляции;

Q₅ – потери тепла в окружающую среду.

Q₁ = G_мС_м(Т_ср^’ – T_нач^’ )

G_м – вес двух баллонов с коммуникациями;

С_м – теплоёмкость металла, С_м = 0,503 кДж/кгК

T_нач^’ – температура металла в начале регенерации, T_нач^’ = 280 К

Т_ср^’ – средняя температура металла в конце процесса регенерации,

Т_ср^’ = (Т_вх^’ + Т_вых^’ )/2 = (673 + 623)/2 = 648 К

Т_вх^’ – температура азота на входе в блок очистки, Т_вх^’ = 673 К;

Т_вых^’ – температура азота на выходе из блока очистки, Т_вх^’ = 623 К;

Для определения веса блока очистки определяем массу одного баллона, который имеет следующие геометрические размеры:

наружний диаметр ……………………………………………….D_н = 510 мм,

внутренний диаметр ……………………………………………..D_вн = 460 мм,

высота общая ……………………………………………………..Н = 1500 мм,

высота цилиндрической части …………………………………..Н_ц = 1245 мм.

Тогда вес цилиндрической части баллона

G_M^’ = (D_н² – D_вн²)Н_ц*γ_м*π/4 = (0,51² – 0,46²)*1,245*7,85*10³*3,14/4 = 372,1 кг,

где γ_м – удельный вес металла, γ_м = 7,85*10³ кг/м³.

Вес полусферического днища

G_M^’’ = [(D_н³/2) – (D_вн³/2)]* γ_м*4π/6 = [(0,51³/2) – (0,46³/2)]*7,85*10³*4*3,14/6 = 7,2 кг

Вес баллона:

G_M^’ + G_M^’’ = 382 + 7,2 = 389,2 кг

Вес крышки с коммуникациями принимаем 20% от веса баллона:

G_M^’’’ = 389,2*0,2 = 77,84 кг

Вес четырёх баллонов с коммуникацией:

G_M = 4(G_M^’ + G_M^’’ + G_M^’’’ ) = 4*(382 + 7,2 + 77,84) = 1868 кг.

Тогда:

Q₁ = 1868*0,503*(648 – 275) = 3,51*10⁵ кДж

Количество тепла, затрачиваемое на нагревание адсорбента:

Q₂ = G_цС_ц(Т_ср’ – T_нач’ ) = 604,6*0,21*(648 – 275) = 47358 кДж

Количество тепла, затрачиваемое на десорбцию влаги:

Q₃ = G_H2OC_p(Т_кип – Т_нач’ ) + G_H2O*ε = 120,84*1*(373 – 275) + 120,84*2258,2 = 2,8*10⁵ кДж

ε – теплота десорбции, равная теплоте парообразования воды; С_р – теплоёмкость воды.

Количество тепла, затрачиваемое на нагрез изоляции:

Q₄ = 0,2V_из γ_изС_из(Т_из – Т_нач) = 0,2*8,919*100*1,886*(523 – 275) = 8,3*10⁴ кДж

V_из = V_б – 4V_балл = 1,92*2,1*2,22 – 4*0,20785*0,51²*0,15 = 8,919 м³ – объём изоляции.

γ_из – объёмный вес шлаковой ваты, γ_из = 100 кг/м³

С_из – средняя теплоёмкость шлаковой ваты, С_из = 1,886 кДж/кгК

Потери тепла в окружающую среду составляют 20% от ΣQ = Q₁ + Q₂ + Q₄ :

Характеристики

Список файлов реферата