Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ»

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЭЛКТРОТЕХНИКИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине “Промышленные тепломассообменные процессы и установки”

на тему: «Тепломассобменная установка с хордовой насадкой»

Выполнил: И.К. Юсупов

Курс: 4

Форма обучения: вечерняя

Группа: СВС-ТЭЭО-131

Проверил: Ю.Г. Тарасевич

Гродно 2016

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• Исходные данные
• Расчет расхода воды в скруббере
• Расчет характеристик и свойств теплоносителей для скруббера с хордовой насадкой
• Расчет гидравлического режима для скруббера с хордовой насадкой
• Расчет коэффициента теплопередачи для скруббера с хордовой насадкой
• Табличные величины
• Заключение
• Литература
• Приложение 1
• Приложение 2


ВВЕДЕНИЕ

Практически любое промышленное предприятие потребляет электрическую и тепловую энергию.

Все теплообменные процессы и установки разделяются на высоко-, средне- и низкотемпературные, а также криогенные.

К высокотемпературным относятся огнетехнические процессы и установки с диапазоном рабочих температур от 400 до 2000 ; к среднетемпературным - установки, рабочий диапазон которых лежит в пределах от 150 до 700 ( выпарные, ректификационные, сушильные установки); к низкотемпературным - установки с диапазоном температур от -150 до +150 ( отопительные, вентиляционные системы, кондиционеры. тепловые насосы и холодильные установки).

Установки с рабочим диапазоном температур ниже - 150 называются криогенными.

Учебная дисциплина « Промышленные тепломассообменные процессы и установки » изучает конструкции, принцип действия и методику расчётов основного средне- и низкотемпературного тепломассообменного оборудования, к которому относятся теплообменные аппараты, выпарные, ректификационные, сушильные и холодильные установки. Во всех перечисленных выше устройствах имеют место процессы теплообмена, а в некоторых к тому же и массообмена.

Рассчитать теплообменную установку со смешением теплоносителей (теплообменник смешения, скруббер) с хордовой насадкой. Теплоносители - воздух и вода. Метод расчёта теплофизических параметров - с разделением рабочего объёма. Физические свойства и характеристики парогазовой смеси (влажного воздуха) определяются для температур пара и газа, влагосодержания смеси, барометрического давления и т. д. в сечении с номером 5. Активными размерами (V, d, h) для насадочного скруббера считаются размеры его насадки.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

теплоноситель скруббер хордовый теплопередача

· Разделение объема на 10 частей;

· Расход воздуха ;

· Начальная температура воздуха ;

· Конечная температура воздуха (начальное приближение) ;

· Начальная энтальпия воздуха ;

· Конечная энтальпия воздуха ;

· Начальная температура воды ;

· Конечная температура воды

· Тип насадки - хордовая;

· Удельная поверхность на единицу объема ;

· Живое сечение насадки (равно свободному объему) ;

· Эквивалентный диаметр.



РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ В СКРУББЕРЕ

Из уравнения теплового баланса получаем:

, (1)

где - удельная теплоемкость воды;

,

значит

Результат расчета: .*

*все результаты здесь и далее записаны с точностью до 10-го разряда после запятой, однако при вычислениях используется программный код, следовательно в формулы подставляются результаты предыдущих расчетов с точностью до 17-го значащего разряда.

Расчет температур воды в сечениях:

, (2)

где - разница энтальпий воздуха в соседних сечениях ;

;

Результаты расчёта сведем в таблицу:

1	51.0000000000
2	47.0000000000
3	43.0000000000
4	39.0000000000
5	35.0000000000
6	31.0000000000
7	27.0000000000
8	23.0000000000
9	19.0000000000
10	15.0000000000

Расчет параметров воздуха, насыщенного пара и воды в сечениях:

(3)

*единицы измерений непроверяемые, т.к. формула эмпирическая. подставляется в , - в , в результате чего .

,

где - влагосодержание насыщенного пара, - энтальпия насыщенного пара в -том сечении, которые рассчитываются по следующим эмпирическим формулам:

, (4)

где: - давление насыщенного пара при соответствующей температуре , рассчитывается по эмпирическим формулам;

- барометрическое давление, принимается .

; (5)

;

.

Результаты расчёта сведем в таблицу:

0	-	-	103.2689979346	450	160
1	117.3260538416	360.2061301610	107.05746092	425.8000000000	131.229110769
2	93.4872412751	293.4563556299	104.57604735	401.6000000000	116.824364339
3	74,5178092995	239.6725025467	100.08385564	377.4000000000	106.828153987
4	59,3413255624	195,9647283155	94.649580279	353.2000000000	98.8138063324
5	47,1596930133	160,1923938964	88.695124415	329.0000000000	91.8365159511
6	37,3673835846	130,7333683745	82.430170409	304.8000000000	85.4289904713
7	29,4959091848	106,3346167716	75.975598328	280.6000000000	79.3207445445
8	23,1768144162	86,0125730985	69.409241030	256.4000000000	73.3351869641
9	18,1163750099	68,9849758514	62.786040124	232.2000000000	67.3446440295
10	14,0778937583	54,6231247030	56.148142368	208.0000000000	61.2479343330

Расчет усредненного температурного напора:

В методе с разделением рабочего объёма температурный напор, усредняемый по рабочему объёму в целом.

;; (6)

Результат расчета: .

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК И СВОЙСТВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ СКРУББЕРА С ХОРДОВОЙ НАСАДКОЙ

Расчет плотности влажного воздуха:

Физические свойства и характеристики парогазовой смеси (влажного воздуха) в данной задаче определяются для температур пара и газа, влагосодержания смеси, барометрического давления и т. Д. в сечении с номером 5 (среднем по теплосодержанию воздуха в данной задаче).

Плотность влажного воздуха по его влагосодержанию и температуре [5]:

, (7)

где - плотность влажного воздуха при нормальных условиях: ; ;

- давление насыщения водяного пара при температуре сухого термометра, т. е. здесь при - температуре влажного воздуха в среднем (5-м) сечении;

- барометрическое давление при работе установки, ;

- относительная влажность.

*Величина выражается сразу же как

,

значит .

Результат расчета:

Расчет весовых концентраций пара и сухого воздуха:

; значит , (8)

. значит .

где - влагосодержание влажного воздуха в среднем (5-м) сечении.

Результат расчета: ; .

Расчет динамической вязкости влажного воздуха:



, (9)

значит

где - динамические вязкости пара и сухого воздуха, соответственно, при указанной температуре.

Результат расчета:

Расчет удельной теплоёмкости влажного воздуха:

, (10)

значит .

где- удельные теплоемкости пара и сухого воздуха.

где x_п , x_г - весовые концентрации пара (здесь - водяного) и газа (воздуха).

Результат расчета: ;

Расчет объёмных концентраций пара и сухого воздуха:

, значит (11)

, значит



Результат расчета: ; .

Расчет теплопроводности влажного воздуха:

, (12)

значит

где е_п , е_г - объёмные концентрации пара и сухого воздуха. [5]

Результат расчета: .

РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕЖИМА ДЛЯ СКРУББЕРА С ХОРДОВОЙ НАСАДКОЙ

Расчет оптимальной скорости влажного воздуха:

, (13)

значит .

где - ускорение свободного падения.



Результат расчета: .

Расчет диаметра аппарата:

,значит. (14)

.

Результат расчета: .

Расчет скорости в живом сечении насадки:

, (15)

значит.

где - площадь живого сечения насадки.

.

Результат расчета: .

Проверка расчета скорости:

(16)

Результат проверки:

При проведении проверки условие не выполняется, однако это происходит из-за разницы в , что, вероятнее всего, является следствием погрешностей при вычислениях. Таким образом, можно принять , следовательно, рассчитаны параметры аппарата, работающего в оптимальном режиме (режиме начала подвисания капель). Требуется учитывать, что при выборе реального аппарата при указанных условиях, его диаметр должен быть строго больше рассчитанного .

РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ДЛЯ СКРУББЕРА С ХОРДОВОЙ НАСАДКОЙ

Коэффициент теплопередачи для хордовых насадок рассчитывается в виде k=1/(1/б), где б рассчитывается по формуле Хоблера для охлаждения воздуха водой в насадочных скрубберах [5]

Расчет критерия Рейнольдса для влажного воздуха:



, (17)

где - кинематическая вязкость влажного воздуха.

Результат расчета: .

Расчет критерия Прандтля для влажного воздуха:

, значит. (18)

Результат расчета: .



Расчет плотности орошения насадки:

, (19)

значит

где - плотность воды при температуре ;

Результат расчета: .

На практике плотность орошения выражается в м3 /(м2 ч) или л/(м2 с). Для использования в расчётах она должна преобразовываться к единицам м3/(м2 с)

Расчет критерия Рейнольдса для воды при:

, значит . (20)

где - кинематическая вязкость воды при

.

Результат расчета: .

Расчет средней концентрации пара во влажном воздухе:

, значит. (21)

где - концентрация пара при температуре в среднем (5-м) сечении, ; - концентрация пара у зеркала испарения при ,С достаточной точностью можно считать, как в учебнике [5].

Результат расчета: .

Расчет коэффициента теплоотдачи по Хоблеру и коэффициента теплопередачи:

, (22)

значит

где - коэффициент влияния массообмена на теплообмен, .



Результат расчета:

Расчет активного объема:

Расчет коэффициента смачиваемости насадки:

, значит . (23)

где S - поверхность насадки на единицу её объёма, м2 /(м3 );

Hw - плотность 4 орошения, м3 /(м2 ч);

f (H w ) - функция плотности орошения, рассчитываемая по следующей таблице (источник - [5]).

Результат расчета:

Расчет мощности установки:

, (24)

Результат расчета: .

Расчет объема насадки скруббера:

, (25)

значит .



где S - поверхность насадки на единицу её объёма, м2 /(м3 );

Дt - температурный напор, усреднённый по аппарату;

(Приложение 1)

ц - коэффициент смачиваемости.

.

Результат расчета: .

Расчет высоты насадки скруббера:

,значит . (26)

где D - диаметр насадки (аппарата), полученный ранее, в гидравлическом расчёте.

Результат расчета: .

ТАБЛИЧНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

При вычислениях использовались следующие табличные величины, вычисленные с помощью линейной интерполяции:

Для температуры :

Величина	Значение	Соседние табличные значения	Источник
Для температуры :
			[2], ст.119
			[2], ст.119
			[2], ст.119
			[3], ст.31
			[3], ст.31
			[3], ст.31
Для температуры :
			[3], ст.148
Для плотности орошения :
			[5], ст.85

*Все значения таблиц переведены в систему СИ



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Курсовой проект содержит расчёт: материальный и тепловой балансы, конструктивный или поверочный расчеты оборудования, вариантные расчеты с помощью ЭВМ. Выбор конструкционных материалов, расчет на прочность элементов установок, выбор вспомогательного оборудования - не производятся. Графическая часть (объемом 4 листа) содержит конструктивную схему (Приложение 2), график разности температур теплоносителей Дt по результатам расчётов (Приложение 1). При оформлении работы все применяемые эмпирические выражения, табличные данные, начальные и оценочные («прикидочные») значения обосновываются (включая ссылки на источники).

Расчет был выполнен с помощью программы, разработанной на языке Pascal.



ЛИТЕРАТУРА

1. Космачева. Э.М. Промышленные тепломассообменные процессы и установки : учебно-методическое пособие для студентов специальности 1-43 01 05 "Промышленная теплоэнергетика и теплотехника" / Э.М. Космачёва Белорусский национальный технический университет, Кафедра "Промышленная теплоэнергетика и теплотехника" ; сост - Электрон. дан. - Минск: БНТУ, 2014. - 225 с.

2. Александров А.А., Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных справочных данных./А.А. Александров, Б.А. Григорьев ГСССД-776-98-М: Издательство МЭИ, 1999. - 168 с; ил.

3. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов./В.С. Чиркин Справочник М.: ФИЗМАТГИЗ., 1959. - 356 с.

4. Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок / А.М. Бакластов. - М.: Энергия, 1970. - 568с., ил.

5. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. / П.Д. Лебедев, Учебник для студентов технических вузов. Изд. 2-е, перераб. М., «Энергия», 1972. 319 с.ил.



ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Определение разности температур теплоносителей Дt ( формула 25 ) производится с помощью I, d - диаграммы влажного газа ( воздуха).



Проверка рабочих характеристик системы



ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Пылеуловители мокрой очистки: А - полный форсуночный газопромыватель: 1 - корпус, 2 - форсунки; Б - скруббер Вентури: 1 -труба-распылитель, 2 - циклоп-пылеуловитель

Размещено на Allbest.ru