Рефотека.ру / Промышленность и пр-во

Курсовая работа: Расчет аппарата воздушного охлаждения

Введение


В нефтеперерабатывающей промышленности получили большое распространение воздушные холодильники и конденсаторы-холодильники различных технологических потоков.

Применение аппаратов воздушного охлаждения (АВО) дает ряд эксплуатационных преимуществ, главными из которых являются экономия охлаждающей воды и уменьшение количества сточных вод, сокращение затрат труда на чистку аппарата ввиду отсутствия накипи и солеотложения, уменьшение расходов на организацию оборотного водоснабжения технологических установок.

Трубки в АВО применяются с наружним спиральным оребрением, в результате чего существенно улучшается теплопередача. Интенсификация теплообмена с помощью оребрения поверхности труб может быть достигнута только при условии хорошего подвода тепла от стенок труб к ребрам, что обеспечивается изготовлением ребристых труб из материалов с высоким коэффициентом теплопроводности или изготовлением ребристых труб из биметалла, причем материал ребер должен обладать большим коэффициентом теплопроводности, чем материал трубы.

В данной работе производится проектный расчет воздушного холодильника горизонтального типа.

Использование низкопотенциальных вторичных энергоресурсов


Наиболее сложно найти применение низкопотенциальным тепловым ВЭР (<100 °С). В последнее время их используют для отопления и кондиционирования промышленных и жилых зданий, применяют тепловые насосы для повышения температурного потенциала или для получения холода. Такие ВЭР используют только на отопление близко расположенных теплиц или рыбоводных хозяйств.

В промышленных условиях охлаждение дымовых газов до температуры ниже 100 °С весьма затруднительно прежде всего из-за конденсации водяных паров. Холодные стенки труб, по которым циркулирует нагреваемая среда, запотевают и подвергаются интенсивной коррозии. Чтобы исключить коррозию, промышленные подогреватели воздуха иногда изготавливают из некорродирующихся стеклянных труб. Если нет вибрации, такие трубы работают достаточно долго.

Для подогрева воды низкотемпературными газами (t< 100 °С) начинают использовать контактные экономайзеры, представляющие собой обычные смесительные теплообменники типа градирни (рис. 1.1).

Вода в них нагревается за счет теплоты контактирующих с ней газов. Поверхность контакта капель воды с газом большая, и теплообменник получается компактным и дешевым по сравнению с рекуперативным (трубчатым), но вода насыщается вредными веществами, содержащимися в дымовых газах. В некоторых случаях это допустимо, например, для воды, идущей в систему хим-водоподготовки в котельных или на ТЭС. Если загрязнение воды недопустимо, то ставят еще один теплообменник, в котором «грязная» вода отдает теплоту «чистой» и возвращается в контактный экономайзер. Змеевики, по которым циркулирует «чистая» вода, можно установить и внутри контактного экономайзера вместо насадки.

Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рис. 1.1 - Схема смесительного теплообменника (градирни): 1 — насадка (кольца Рашига); 2— каплеотбойник; 3— вытяжной вентилятор


1.1 Направление и общие схемы использования отработавшего пара


Отработавший производственный пар имеет давление 0,1—0.3 МПа, а иногда и 1 МПа, т. е. колеблется в широких пределах. Однако, несмотря на широкий диапазон колебания давления отработавший (иногда называют мятым) пар в основном имеет низкое давление.

Отработавший пар многих производств загрязнен механическими и агрессивными химическими примесями. Некоторые производственные агрегаты работают с переменной нагрузкой, что ведет к образованию прерывистых потоков отработавшего пара. Все это усложняет использование отработавшего пара и вызывает необходимость предварительной очистки пара от загрязнения, преобразования прерывистых потоков отработавшего пара в постояный поток тепла, а также повышения давления отработавшего пара с помощью тепловых трансформаторов.

Отработавший производственный пар используют для технологических целей, теплоснабжения, выработки электроэнергии, комбинированно для целей выработки электроэнергии и теплоснабжения, получения холода.

Использование отработавшего пара для технологических целей чрезвычайно разнообразно и определяется в каждом отдельном случае характером технологического процесса. Например, пропарка бетона, подача пара в газогенератор при получении смешанного или водяного газа, нагрев аммиака на заводах азотной промышленности, разофев вязкого мазута, увлажнения доменного дутья и т.п.

Это направление является наиболее простым по исполнению, капитальные затраты и эксплуатационные расходы не значительны, а энергетический эффект весьма высок, так как коэффициент регенерации тепла и зависит только от температуры отводимого конденсата и состав ляет не менее 85%, а при использовании конденсата в технологическом процессе равен 100%.

По схеме использования отработавшего пара для теплоснабжения (рис. 1.2) отходящий от производственной установки 1 отработавший пар проходит через очистительное устройство 2 и направляется к тепловому потребителю 3. При резких колебаниях количества пара,потребляемого производственной установкой, на линии острого пара применяется установка пароводяного аккумулятора 4. При несоответствии режимов отхода отработавшего пара и тепловых нагрузок теплового потребителя устанавливается аккумулятор 5.


Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рис. 1.2 - Принципиальная схема использования отработавшего газа для теплоснабжения

Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рис. 1.3 - Теплоутилизационная установка с подогревателями смешения


По схеме теплоутилизационной установки с подогревателями смешения (рис. 1.3) отработавший пар, пройдя пароочиститель 1 поступает в пленочный подогреватель смешения 2. От потребителей 4 и 5 сетевая вода направляется в коллектор 3 и подогреватель смешения 2, где подогревается отработавшим паром. Из подогревателя вода поступает в сборный бак 9, откуда насосами S подается в тепловую сеть 6. При повышенном расходе тепла у потребителей вода дополнительно подогревается острым паром в пиковом подогревателе 7. Эту схему можно применять при высококачественной очистке пара от загрязнений и отсутствия требования о возврате конденсата. Если конденсат подлежит возврату в котельную, то установка выполняется с поверхностными подогревателями.

Отработавший пар для выработки электроэнергии может использоваться в турбинах мятого пара, в турбинах двойного давления, а также в теплофикационных турбинах с промежуточным подводом пара.

Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рис. 1.4 - Схема использования отработавшего пара для выработки электроэнергии:

1 — производственный агрегат; 2 — пароочиститель; 3 — турбина мятого пара; 4— турбина двойного давления; 5, 6 — тепловые аккумуляторы; 7— парогенератор; 8 — теплофикационная турбина


Установки с турбиной мятого пара (рис. 1.4,а) предназначены для выработки электроэнергии только за счет отработавшего пара. В связи с тем, что возможны перерывы в поступлении отработавшего пара от производственного агрегата, тепловые аккумуляторы, особенно аккумулятор 5 должны выполнятся со значительной аккумулирующей способностью. Работа установки с турбинами двойного давления протекает в более благоприятных условиях, так как в турбину 4 (рис. 1.4,6) не зависимо от работы производственного агрегата / обеспечено непрерывное поступление пара, и аккумулятор 6 обычно в этом случае не устанавливается. Если на предприятии имеется местная ТЭЦ, отработавший пар используют в теплофикационных агрегатах (рис. 1.4,в).

Энергетическая эффективность использования отработавшего пара для выработки электроэнергии, как правило, не зависит от общей схемы энергоснабжения данного предприятия. Это обусловлено тем, что утилизационная электрогенерирующая установка замещает в общем случае соответствующую мощность конденсационной электростанции.

В связи с тем, что электроснабжение сезонного характера не имеет, а избытки выработанной электроэнергии всегда могут быть переданы в общую электросеть, это значительно облегчает круглогодичное использование отработавшего пара и делает весьма перспективными комбинированные установки для теплоснабжения и выработки электроэнергии.

По схеме комбинированного использования тепловой потребитель включается на линии между пароочистителем и турбиной. В теплоутилизационной установке (рис. 1.5) пар из парогенератора 1 поступает на производственный агрегат 3, на турбину двойного давления 12 и паровой привод питательного насоса 10. Летом отработавший пар используется в основном в турбине 12 для производства электроэнергии, зимой в теплообменнике 7 для подогрева сетевой воды.


Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рис. 1.5 - Схема теплоутилизационной установки для выработки теплоэнергии и теплоснабжения:

1 — парогенератор; 2— промежуточный пароперегреватель; 3 — производственный агрегат; 4— пароочиститель; 5— тепловой аккумулятор; 6— потребители тепла; 7— теплообменник; 8— бак питательной воды; 9— химводоочистка; 10— питательный насос; 11— конденсатор; 12— турбина двойного давления


Схема дает возможность свободно перераспределять потоки отработавшего пара между электрогенерирующей установкой и тепловыми потребителями.

Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рис. 1.6 - Схема комплексного использования тепла отработавшего пара летом и зимой:

1 — пароочиститель; 2 — производственный агрегат; 3 — парогенератор; 4— теплофикационная турбина; 5— потребитель электроэнергии; 6— потребитель тепла; 7— потребитель холода; 8 — конденсатор; 9 — теплообменник; 10 — абсорбционная холодильная установка; 11 — бак ниппельной воды; 12 — питательный насос


Получение холода. Потребности промышленности в холоде непрерывно возрастают. Крупными потребителями холода являются заводы химической, металлургической, пищевой и других отраслей промышленности. Холод все больше применяется в технологических процессах, для кондиционирования воздуха, получения искусственного льда, а также для процессов, связанных с низкими температурами.

Подавляющее большинство предприятий оснащено в настоящее время компрессионными холодильными машинами. Эти машины сложны и дороги, а главное — для производства холода затрачивают очень много электрической энергии. Электрическую энергию могут заменить тепловые отходы, имеющиеся в избытке почти на каждом химическом, металлургическом, нефтехимическом предприятии, т. е. как раз в тех отраслях производства, которые являются основными потребителями холода. Холод за счет тепловых отходов получают в абсорбционных холодильных машинах. Перспективным является также использование для этих целей сезонных излишков тепла ТЭЦ.

Абсорбционные холодильные машины могут устанавливаться как самостоятельные автономные установки, так и в сочетании с установками теплоснабжения и выработки электроэнергии. Применение автономных холодильных установок может быть оправданно лишь тогда, когда холодоснабжение осуществляется круглогодично. Поскольку в большинстве случаев холодоснабжение носит сезонный (летний) характер, то более рационально осуществлять комплексное использование тепла отработавшего пара (рис. 1.6). Отработавший пар от производственного агрегата 2 после пароочистителя 1 направляется в магистраль, в которую поступает также пар из промышленного отбора теплофикационной турбины 4. Из этой магистрали в летний период пар поступает в абсорбционную холодильную установку 10, снабжающую холодом потребителя 7. В зимний период включается в работу теплообменник 9 для снабжения теплом потребителя 6.

Преимуществом данной схемы является возможность эффективного круглогодичного использования отработавшего пара, а также круглогодичная работа турбины но теплофикационному циклу.


1.2 Принципиальные схемы использования теплоты производственной воды


Вода широко применяется для охлаждения конструктивных элементов огнетехнических установок, а также в производственных процессах, протекающих при низких температурах, для искусственного охлаждения технологического продукта или аппаратуры. Примерами могут служить: водяное охлаждение металлургических печей, печей химических производств; охлаждения горячей серной кислоты после контактного аппарата или конденсатора; охлаждение водой различных нефтепродуктов; охлаждение конденсаторов паровых турбин, масло- и воздухоохладителей генераторов на электростанциях, конденсаторов смешивающего типа выпарных батарей алюминиевых растворов на глиноземных заводах; охлаждение рубашек цилиндров двигателей внутреннего сгорания и т.д.

Конечная температура охлаждающей воды колеблется в интервале 293—363 К, не превышая в большинстве случаев 232—433 К.

Нагретую производственную воду можно использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения, агротеплофикации и для выработки электроэнергии.

Теплоснабжение. Использование нагретой производственной воды для теплоснабжения часто затруднено из-за сезонного характера отопительной нагрузки. График потребления такой воды можно несколько выровнять, внедряя горячее водоснабжение. Большие избытки неиспользованной нагретой воды, особенно в летний период, рационально утилизировать в абсорбционно-холодильных установках.

Возможным вариантом использования производственной воды для теплоснабжения является нагревание вентиляционного воздуха, поступающего в производственные помещения. Интересны комбинированные схемы, предусматривающие одновременное использование охлаждающей воды и какого-либо другого вида ВЭР, например использование тепла горячего воздуха из колчеданных печей и тепла охлаждающей воды из сернокислотных холодильников. По этой схеме (рис. 1.7) горячий воздух из валов колчеданных печей 1 с температурой 473 К используют в первой зоне теплообменника 2 для нагрева воды на нужды централизованного теплоснабжения комбината и жилого поселка. Температура горячего воздуха после теплообменников составляет 343 К. Охлаждающую воду из сернокислотных холодильников используют для восполнения утечек из тепловых сетей и покрытия нагрузок горячего водоснабжения поселка и комбината. Воду для охлаждения кислоты подают из реки в холодильники 3, в которых она нагревается до 313 К. Затем отправляют в промежуточный сборный бак 4, откуда насосом перекачивают к водоподготовительной установке 5. После очистки от механических приме сей устранения временной жесткости и деаэрации подпиточную воду подают в теплообменник 2, где она подогревается до 335 К. Подпиточную и обратную воду после смешения подают насосом во вторую зону теплообменника 2, где она подогревается до 355 К и поступает в тепловые сети.


Расчет аппарата воздушного охлаждения


Рис. 1.7 - Комбинированная схема использования тепла горячего воздуха охлаждающей воды


Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рис. 1.8 - Принципиальные схемы использования физического тепла нагретой производственной воды для выработки электроэнергии


В рассмотренной схеме надежно обеспечено требуемое охлаждение кислоты до 308—313 К, так как режим работы сернокислотных холодильников не зависит от температурного графика регулирования тепловых сетей. В летнее время установка работает с использованием тепла только от холодильников кислоты для горячего водоснабжения.

Выработка электроэнергии. Значительные количества нагретой производственной воды на промышленных предприятиях не всегда можно использовать для теплоснабжения в связи с ограниченной потребностью в тепле и сезонным характером теплоснабжения. Иногда эффективно применять этот вид ВЭР для выработки электроэнергии.

Возможная доля годового выхода тепла нагретой воды для выработки электроэнергии почти всегда выше, чем при направлении его в систему теплоснабжения. Особенно эффективны электроэнергетические методы использования горячей воды в комплексе с другими энергоресурсами в условиях энергоснабжения промышленных предприятий по комбинированной схеме.

Рассмотрим две схемы использования нагретой воды с замкнутой циркуляцией теплоносителя (рис. 1.8). Нагретая вода от производственных охлаждаемых установок 1 поступает в испаритель 2. В испарителе поддерживается давление ниже давления насыщения при температуре теплоносителя. Благодаря этому часть воды испаряется, и полученный насыщенный пар поступает по схеме а в первую ступень конденсационной турбины 3. Сконденсированный в конденсаторе 4 пар и оставшаяся после испарения вода насосами 5 подаются снова на производственные охлаждаемые установки. Этими установками могут быть агрегаты, имеющие систему охлаждения конструктивных элементов, а также оборудование для охлаждения производственных отходов и технологической продукции. Для сооружения установки по схеме а требуется специальная утилизационная турбина низкого давления с соответственным комплексом сооружений систем водоснабжения, электрического оборудования, зданий и прочих устройств, а также персонал для обслуживания турбоагрегатов и связанных с ним вспомогательных устройств. Более простыми в сооружении, с минимальными капитальными затратами и эксплуатационными расходами являются установки, выполненные по схеме б. В этом случае предполагается размещение испарителей непосредственно на заводской ТЭЦ и подача вторичного пара в часть низкого давления теплофикационной турбины с промежуточным впуском пара 6 [1].


2. Расчет теплообменника


2.1 Тепловая нагрузка холодильника


Тепловая нагрузка аппарата определяем по формуле:


Расчет аппарата воздушного охлаждения = G1 Ч (qTвх – qТвых)


где qTвх; qТвых – энтальпия керосинового дистиллята при температуре входа и выхода соответственно, определяется по таблицам приложения 2 [2].


Расчет аппарата воздушного охлаждения кДж/ч = 1289 кВт.


2.2 Массовый и объемный расход воздуха


Из уравнения теплового баланса холодильника


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


где G1 – производительность аппарата, кг/час;

qTвх; qТвых – энтальпия конденсата при температуре входа и выхода соответственно, кДж/кг;

G2 – количество необходимого воздуха, кг/час;

С’’р, С’р – теплоемкость воздуха при начальной (Т’’2, °С) и конечной температуре (Т’2, °С), кДж/кгЧК.

Объемный секундный расход воздуха:

Расчет аппарата воздушного охлаждения,


Где ρв – плотность воздуха при его начальной температуре, кг/м3, определяется по табл. 2.1 [2].


Расчет аппарата воздушного охлаждения (м3/с).


Для проектируемого аппарата выбираем осевой вентилятор ЦАГИ УК-2М, с регулируемым углом установки наклона лопастей [2].


2.3 Характеристика труб


Для холодильника выбираем оребренные биметаллические трубы. Отечественная промышленность выпускает оребренные трубы для воздушных холодильников длиной 4 и 8 м. для дальнейшего расчета принимаем трубы длиной 4 м. материал внутренней трубы – латунь ЛО-70-1. Материал оребрения – алюминиевый сплав АД1М. количество ребер, приходящихся на 1 м трубы, Х=286. Коэффициент оребрения φ=9.

Для сравнения для гладких труб принимается тот же материал, что и у оребренных.


2.4 Коэффициент теплоотдачи со стороны керосинового дистиллята


Коэффициент теплоотдачи со стороны керосинового дистиллята будет одинаков для оребренных и гладких труб.

Средняя температура керосинового дистиллята в АВО:

Расчет аппарата воздушного охлаждения.


Коэффициент теплопроводности:


Расчет аппарата воздушного охлажденияВт/(м·К),


Расчет аппарата воздушного охлажденияВт/(м·К).


Теплоемкость:


Расчет аппарата воздушного охлаждениякДж/(кг·К),


Расчет аппарата воздушного охлаждениякДж/(кг·К).


Относительная плотность:


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


Расчет аппарата воздушного охлаждения


Кинематическую вязкость принимаем по практическим данным [2]:


Расчет аппарата воздушного охлаждениям2/с.

Минимальная скорость движения керосинового дистиллята, при которой обеспечивается устойчивый турбулентный поток (Re=104):


Расчет аппарата воздушного охлаждения м/с.


Для проектируемого холодильника выбираем Расчет аппарата воздушного охлаждениям/с >Расчет аппарата воздушного охлаждения. Тогда


Расчет аппарата воздушного охлаждения.


Re > 104, коэффициент теплоотдачи со стороны керосинового дистиллята:


Расчет аппарата воздушного охлаждения Вт/(м2·К),


Где Расчет аппарата воздушного охлаждения - критерий Прандтля при температуре Тср1=356 К,

Расчет аппарата воздушного охлаждения- критерий Прандтля при температуре стенки трубы со стороны керосинового дистиллята Тω1,

Расчет аппарата воздушного охлаждения - поправочный коэффициент, учитывающий отношение длины трубы к ее диаметру. Для нашей трубы =1.

Находим критерий Прандтля при температуре Тср1=356 К:


Расчет аппарата воздушного охлаждения.

Предварительно принимаем температуру стенки трубы со стороны керосинового дистиллята Тω1=354 К. определяем критерий Прандтля при этой температуре:


Расчет аппарата воздушного охлаждения.


Коэффициент теплоотдачи со стороны керосинового дистиллята:


Расчет аппарата воздушного охлаждения Вт/(м2·К).


2.5 Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха в случае применения гладких труб


Скорость воздушного потока в сжатом сечение:


Расчет аппарата воздушного охлаждения м/с,


где VД – действительный секундный расход воздуха из паспорта на вентилятор, м3/с,

Fс – площадь сжатого сечения в пучке труб, через которое проходит воздух, (подробно рассчитывается в [2]), м2.


Средняя температура воздуха:


Расчет аппарата воздушного охлаждения.

Кинематическую вязкость воздуха принимаем по [2]:


Расчет аппарата воздушного охлаждениям2/с.


Величина критерия Рейнолдса:


Расчет аппарата воздушного охлаждения.


Коэффициент теплоотдачи:


Расчет аппарата воздушного охлаждения Вт/(м2·К),

где Расчет аппарата воздушного охлаждения=1 - поправочный коэффициент, учитывающий угол атаки;

λ =0,0273 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности воздуха при его средней температуре [2].


Расчет аппарата воздушного охлаждения Вт/(м2·К).


2.6 Расчет коэффициента теплопередачи для пучка гладких труб


Для биметаллических труб и загрязненной поверхности теплообмена:


Расчет аппарата воздушного охлаждения, Вт/(м2·К),

где Расчет аппарата воздушного охлаждения - тепловое сопротивление внутреннего слоя загрязнения, 0,00035 (м2·К)/Вт [2],

Расчет аппарата воздушного охлаждения - тепловое сопротивление латунной стенки, 0,000022 (м2·К)/Вт [2],

Расчет аппарата воздушного охлаждения - тепловое сопротивление алюминиевой трубы, 0,000073 (м2·К)/Вт [2],

Расчет аппарата воздушного охлаждения - тепловое сопротивление наружного слоя загрязнения, 0,00060 (м2·К)/Вт [2],


Расчет аппарата воздушного охлаждения Вт/(м2·К).


2.7 Расчет среднего температурного напора


Средний температурный напор определяется по методу Белоконя [2]:


Расчет аппарата воздушного охлаждения


Расчет аппарата воздушного охлаждения - соответственно большая и меньшая разность температур, определяемая по формулам:


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


Расчет аппарата воздушного охлаждения,

Где Расчет аппарата воздушного охлаждения - разность среднеарифметических температур горячего и холодного теплоносителей


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


А ΔТ – характеристическая разность температур:


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


где ΔТ1 – перепад температур в горячем потоке;

ΔТ2 – перепад температур в холодном потоке;

Р – индекс противоточности.


ΔТ1=393-343=50 К


ΔТ2 =315-295=20 К


Расчет аппарата воздушного охлажденияК


Расчет аппарата воздушного охлажденияК


Расчет аппарата воздушного охлажденияК,


Расчет аппарата воздушного охлажденияК,


Расчет аппарата воздушного охлажденияК.

Температура стенки трубы со стороны керосинового дистиллята:


Расчет аппарата воздушного охлажденияК,


Найденная температура близка к ранее принятой.


2.8 Расчет коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании воздухом пучка оребренных труб


Коэффициент теплоотдачи при спиральном оребрении труб:


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


где Расчет аппарата воздушного охлаждения- коэффициент теплопроводности воздуха при его средней температуре, Вт/(м·К) [2];

Расчет аппарата воздушного охлаждения - скорость воздушного потока в сжатом сечении одного ряда труб оребренного пучка, м/с [2];

Расчет аппарата воздушного охлаждения - динамическая вязкость воздуха при средней температуре, Па·с [2];

Pr – критерий Прандтля при средней температуре [2];

Расчет аппарата воздушного охлаждения - средняя толщина ребра, м [2].

Подставив значения всех величин:


Расчет аппарата воздушного охлаждения Вт/(м2·К).


2.9 Расчет приведенного коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха в случае пучка оребренных труб


Приведенный коэффициент теплоотдачи для круглых ребер:


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


где Fр – поверхность ребер, приходящаяся на 1 м длины трубы, м2/м [2];

Fn – полная наружная поверхность 1 м трубы, м2/м [2];

Е – коэффициент эффективности ребра, учитывающий понижение температуры по мере удаления от основания, находится по рис. 2.6 [2];

Расчет аппарата воздушного охлаждения - коэффициент, учитывающий трапецивидную форму сечения ребра, определяется по рис. 2.7 [2];

Расчет аппарата воздушного охлаждения - экспериментальный коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по поверхности ребра;

Расчет аппарата воздушного охлаждения - тепловое сопротивление загрязнения наружной поверхности трубы, 0,0006 м2·К/Вт.


Расчет аппарата воздушного охлаждения Вт/(м2·К).


2.10 Расчет коэффициента теплопередачи для пучка оребренных труб


Ведем расчет на единицу гладкой поверхности трубы по [2]:


Расчет аппарата воздушного охлаждения, Вт/(м2·К),

где Fст - поверхность гладкой трубы по наружному диаметру, приходящаяся на на 1 м ее длины. Все остальные величины и обозначения см. выше.


Расчет аппарата воздушного охлаждения Вт/(м2·К).


Можно сделать вывод о том, что при прочих равных условиях оребрение гладкой поверхности трубы со стороны воздуха приводит к значительному увеличению коэффициента теплопередачи.


2.11 Расчет поверхности теплообмена холодильника


Расчет аппарата воздушного охлаждения.


Количество труб


Расчет аппарата воздушного охлаждения.


В случае отсутствия оребрения:


Расчет аппарата воздушного охлаждения.


Количество труб

Расчет аппарата воздушного охлаждения.


2.12 Расчет аэродинамического сопротивления пучка труб


Аэродинамическое сопротивление пучка труб определяется по формуле:


Расчет аппарата воздушного охлаждения


где ρв – плотность воздуха при его начальной температуре, кг/м3;

Wуз – скорость воздуха в узком сечении трубного пучка, 10,6 м/с;

nв – число горизонтальных рядов труб в пучке (по вертикали);

dн = 0,028 м – наружный диаметр трубы;

Sр = 0,0035 м – шаг ребер.


Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рисунок 2.1 – Оребренная биметаллическая труба


Критерий Рейнольдса, отнесенный к диаметру труб dн, определяется по формуле:

Расчет аппарата воздушного охлаждения


где νср – кинематическая вязкость воздуха при средней температуре воздуха, м2/с.


Расчет аппарата воздушного охлаждения;


Расчет аппарата воздушного охлажденияПа.


2.13 Расчет мощности электродвигателя к вентилятору


Мощность, потребляемая вентилятором, находится по формуле:


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


где η – к.п.д. вентилятора, принимается в пределах η = 0,62 – 0,65.


Расчет аппарата воздушного охлаждения кВт.


При подборе электродвигателя расчетную мощность следует увеличить на 10 % для обеспечения пуска двигателя. Поэтому действительная мощность двигателя:


Nэ.д.=1,1·N;

Nэ.д.=1,1·10,6= 11,7 кВт.


3. Тепловой и эксергетический балансы холодильника


3.1 Тепловой баланс аппарата


Тепловой баланс аппарата:


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


Где Расчет аппарата воздушного охлаждения - количество тепла, поступающего в АВО с керосиновым дистиллятом,

Расчет аппарата воздушного охлаждения- количество тепла, уходящего с керосиновым дистиллятом, находятся по формулам:


Расчет аппарата воздушного охлаждения кДж/ч,


Расчет аппарата воздушного охлаждения, кДж/ч.


где Расчет аппарата воздушного охлаждения - количество тепла, приходящее и уходящее с воздухом:


Расчет аппарата воздушного охлаждениякДж/ч,

Расчет аппарата воздушного охлаждениякДж/ч,

Расчет аппарата воздушного охлаждения,

Расчет аппарата воздушного охлаждения.


Тепловой баланс сошелся.

Тепловая диаграмма представлена на рисунке 2.2.

Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рис. 2.2 – Тепловая диаграмма АВО


3.2 Эксергетический баланс потоков


Эксергетический баланс теплообменника:


Расчет аппарата воздушного охлаждения,


где Расчет аппарата воздушного охлаждения, кВт – уменьшение эксергии горячего теплоносителя,

Расчет аппарата воздушного охлаждения, кВт – увеличение эксергии холодного теплоносителя.;

Расчет аппарата воздушного охлаждения - потери эксергии, кВт.

Эксергия нагреваемого потока рассчитывается следующим образом:


Расчет аппарата воздушного охлаждения кВт,


Расчет аппарата воздушного охлаждения кВт.


Расчет аппарата воздушного охлаждения кВт.

Эксергия охлаждаемого потока:


Расчет аппарата воздушного охлаждения кВт,


Расчет аппарата воздушного охлаждения кВт,


Расчет аппарата воздушного охлаждениякВт.


Потери эксергии в АВО:


Расчет аппарата воздушного охлаждения кВт.


Эксергетический КПД АВО:


Расчет аппарата воздушного охлаждения.


Эксергетическая диаграмма представлена на рис. 2.3.


Расчет аппарата воздушного охлаждения

Рис. 2.3 – Эксергетическая диаграмма

Список использованных источников


1 Латыпов Р.Ш., Шарафиев Р.Ф. Техническая термодинамика и энерготехнология химических производств. – М.: Энергоатомиздат. – 1995. – 344 с.

2 Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Ленинград.: Химия. – 1974. – 344 с.

Рефетека ру refoteka@gmail.com