Исследование теплообменника змеевикого типа.

1. Цель работы.

1.1 Изучение устройства, принципа действия змеевикового теплообменника.

1.2 Определение основных параметров.

2. Основные теории [1, с. 103...137], [2, с. 51...66].

3. Описание установки.

 

 

Рис. 1. Схема теплообменника змеевикового типа.

1. Корпус.                             - 1.2г — вода горячая.

2. Змеевик.                           - 1.2х — вода холодная.

3. Мешалка.

4. Передача косозубая.

 

 

4. Методика проведения.

После ознакомления с установкой набрасываем ее эскиз и проводим необходимые замеры.

5. Обработка данных [1,с. 133...135], [2, с. 51...66].

5.1   Определяем длину витка змеевика

l= √(πDв)² +t² ≈ πDв =...м,

где Dв — диаметр витка змеевика, м,

t — шаг витка, t=...м.

5.2   Длина трубы змеевика

L=n_в l=...м,

где n_{в —} число витков, n_в =...шт.

5.3    Поверхность теплопередачи змеевика

F=Lπd_ср=...м²,

где d_{ср —} средний диаметр трубы змеевика,

         d_н+ d_в

d_ср= ——— =...м,

           2

где d_{н —} наружный диаметр трубы змеевика, d_н=...м,

  d_{в —} внутренний диаметр трубы змеевика, d_в=...м.

5.4    Определяем количество воды в цилиндре установки

   W_г = Vφρ^н_Wг=...кг,

где V — объем цилиндра аппарата,

         πD²

V=———*Н=...м³,

          4

D — внутренний диаметр аппарата, D=...м,

Н — высота внутренней рабочей части аппарата, Н=...м,

φ — коэффициент заполнения, φ =... принимаем в зависимости от протекаемого процесса,

ρ^н_Wг — плотность горячей воды t_г =40...80 °C по табл.3 [2,с. 127].

5.5    Количество холодной воды из теплового баланса Q_г= Q_х.

      W_г С_wг (t^г_Wн - t^г_Wк) х

W_х = ————————— =...кг,

          С_wх (t^х_Wк - t^х_Wн)

где t^г_Wк — конечная температура горячей воды,

  t^г_Wк = t^г_Wн -(10...40)=...°C,

  t^х_{Wн —} начальная температура холодной воды,

  t^х_Wн =10...18 °C,

  t^х_{Wк —} конечная температура холодной воды,

  t^х_Wк = ±(10...25)°C,

  С_{wг —} средняя теплоемкость горячей воды при средней ее температуре, С_wг =...Дж/(кгК),

                     

       t^г_Wн + t^г_Wк

t^г_Wср = —————=...

            2

 С_wх — средняя теплоемкость холодной воды при ее средней температуре, С_wх =...Дж/(кгК)

       t^х_Wн + t^х_Wк

t^х_Wср = —————=...

            2

х — коэффициент, х=0,95...0,97, учитывающий 3...5% потерь тепла в окружающую среду.

5.6    Определяем полезную разность температур [1,с. 106], [2, с. 55]

Рис.2. К определению Δt_ср.

Из графика (см. рис.2) находим, что соотношение

Δt_б  t^г_Wн - t^х_Wк              t^г_Wк - t^х_Wн

—— = ———— или ————— >2 или <2

 Δt_м       t^г_Wк - t^х_Wн              t^г_Wн - t^х_Wк

Если это отношение <2, то средняя разность температур определяется как среднеарифметическое, т.е.

      Δt_б + Δt_м

Δt_ср= ———— =...°C

          2

Если же это отношение >2, средняя разность температур определяется как среднелогарифмическое, т.е.

      Δt_б - Δt_м

 Δt_ср= —————, °C.

                  Δt_б

      2,3 * lq——

                  Δt_м

5.7     Определяем продолжительность охлаждения воды.

           W_г С_wг (t^г_Wн - t^г_Wк ) х

   τ = —————————=...с.

             3,6 *F *К  Δt_ср

где К -коэффициент теплоотдачи, К= 0,7...0,8 кВт/(м²К),

х — коэффициент потерь тепла, х= 0,95...0,97

5.8    Определяем скорость движения воды в змеевике

                4 W_хс

       ω_х = ——— =...м/с

                πd²_вρ_х

где W_{хс —} секундный расход воды

             W_х

       W_хс= —— =...кг/с,

              τ

  ρ_{х —} плотность холодной воды при ее средней температуре

                                       Δt_б + Δt_м

                           Δt_ср= ———— =...°C,

                                            2

     ρ_х =...кг/м³ по табл. 2 [2, с.127].

5.9    Определяем критерий Рейнольдса для холодной воды

                     ω_х d_в

                   Re_х = ——— =...

                       ν_х

где ν_{х —} кинематическая вязкость холодной воды при ее средней t_срх =... температуре, по табл. 2 [2,с. 127],

ν_х =...м/с².

Т.к. критерий Re_х=... то режим движения..., тогда критериальное уравнение для определения коэффициента теплоотдачи от стенки к холодной воде трубы в змеевике определяется по [1, с.109],[2, с.52]

                                                      d_н

Nu_х = 0,021* Re_х^0,8* Pr_х^0,43(1+1,77*——)=...,

                                                      R

где Pr_х — критерий Прандтля для холодной воды на табл. 2 [3,с. 141], Pr_х = …

R — радиус закругления трубы, R=...м.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к холодной воде в змеевике

 

           Nu_х λ_х

α₂ = α_х = ——— =...Вт/(м²К)

            d_в

5.10 Коэффициент теплоотдачи от горячей воды к трубе змеевика [2,с. 53].

5.11 Запишем критерий Re_м для мешалки

                 n*d²

    Re_м= ———=...,

                  ν_г

где n — частота вращения мешалки, n=...об/с,

ν_г — кинематическая вязкость горячей воды,

  ν_г =...м²/с по табл. 3 [2, с. 127]

d — диаметр мешалки, d=...м.

Критериальное уравнение для аппарата со змеевиком [2, с. 53] запишется для горячей воды

Nu_г = с* Re_м^0,62* Pr_г^0,33=...,

где с — коэффициент, учитывающий тип мешалки:

– для лопастной с_л = 0,03,

– для пропеллерной с_п = 0,08,

– для трибунной с_т = 0,04.

  Pr — критерий Прандля по табл. 2 [3, с. 141],

тогда коэффициент теплоотдачи от горячей воды к наружной поверхности трубы змеевика

                         Nu_гλ_г

        α₁ =α_г = ———=...Вт/(м²К)

                            d_н

5.11 Коэффициент теплопередачи от горячей воды через стенку змеевика к холодной воде

                                     π

К = ——————————————— =...Вт/(м²К)

        1         2,3        d_н         1

    ——— + ———*lq —— + ———

        α₁d_н            2λ_ст              d_в         α₂ d_в

 где λ_{ст —} коэффициент теплопроводности материала трубы змеевика, λ_ст =...Вт/(мК).

 

6. Вопросы для самопроверки.

6.1 Теплопередача, способы передачи, законы.

6.2 Основное уравнение теплопередачи, расшифровка, характеристика.

6.3 Определение К, Δt_ср, α₁, α₂ , τ, F, Q_Н, Q_о, Q_в, Q_к, Q_пот.

6.4 Теплообменники, их типы, устройство, действие, расчет.

6.5 Пути интенсификации теплообмена.

 

7. Вывод, анализ.

8. Инструкция по технике безопасности на рабочем месте.

8.1   Проверить готовность установки к работе (привода мешалки, пусковых приборов пульта управления, заземление).

8.2   Не касаться токоведущих частей.

8.3   Не допускать механических повреждений цилиндра (в случае утечки горячей воды можно получить ожог).

8.4   В случае нарушения режима работы обесточить установку.

 

 

Исследование фильтров.

1. Цель работы.

1.1 Ознакомление с работой и устройством фильтров.

1.2 Определение параметров фильтров.

2. Основные теории [1, с.61...78], [2, с.31...36], [3, с. 36...39].

3. Описание установи [3, с. 40...41].

 

Рис. 1. Схема лабораторной установки с ранним фильтром- прессом.

1. Компрессор.                           ———— фильтрат

2. Рессивер.                                —— 3 —— воздух

3. Бак с мешалкой.

4. Фильтр.

5. Мерник.

 

4. Методика проведения [3, с. 41...42].

5. Обработка данных.

5.1   а) движущая сила давления в рессивере: в баке с суспензией Р_с^абс =...[ам]=...

  б) абсолютное давление при фильтровании

Р_с^аб = Р_с^изб+ Р_ам =...[ам]=...[Па],

  в) перепад давления на фильтре

Δ Р= Р_с^аб- Р_ам =...[ам]=...[Па],

  г) площадь поверхности фильтрационной перегородки

f=a*b=...[м²],

где а — длина перегородки, а=...м,

b — ширина перегородки, b=...м,

д) площадь поверхности фильтрационных перегородок

F=f*n=...[м²],

где n — количество фильтрационных перегородок, n =...шт,

е) продолжительность цикла фильтрования

Т= τ_ф+ τ_пр+ τ_в =... с,

где τ_ф — продолжительность фильтрации, τ_ф=...с,

  τ_{пр —} продолжительность промывки, τ_пр =...с,

τ_{в —} продолжительность вспомогательных операций,τ_в =...с,

  ж) секундная объемная производительность фильтра

       Рυ

V = ——— =...м³/с,

       Т

где υ — удельная производительность фильтра

            h_ос

         υ = —— =...м³/м³,

            х_ос

где h_{ос —} высота слоя осадка, h_ос=...м,

    х_ос — объем осадка, приходящийся на 1 м³ получаемого фильтра, х_ос = 0,01...0,1 м³/м³,

    з) скорость фильтрования

              V

    W= ———=...м/с,

              Fτ_ф

5.2 Установка с барабанным вакуум- фильтром.

 

      

Рис. 2. Схема лабораторной установки с барабанным фильтром.

1. Сборник фильтра.

2. Бак суспензии с мешалкой.

3. Вакууметр.

4. Двигатель.

5. Барабанный вакуум- фильтр.

6. Сборник осадка.

7. Компрессор.

8. Двигатель.

9. 10. Насос.

 

а) Продолжительность полного цикла фильтрования

               (τ_ф+ τ_пр)m

        Т_б= ———— =...с,

                m_ф + m_пр

где m — общее число секций, m=...шт (10...18),

  m_{пр —} число секций в зоне промывки, m_пр =...шт (2...3),

  m_{ф —} число секций в зоне фильтрования, m_ф =...шт (4...6).

 б) Производительность фильтра

               FV

     V = ———=...м³/с,

                Т_б

где F — площадь фильтрования, F= ПDLφ=...м²,

D — диаметр барабана, D=...м,

L — длина барабана, L=...м,

φ — коэффициент использования длины барабана, φ=...

V — удельная производительность, V=...м³/м³.

в) Степень погружения барабана в корыте

               τ_ф

     φ = —— 100=...%,

              Т_б

г) Частота вращения барабана

              60

      n= —— =...об/мин.

               Т_б

7. Вопросы для самопроверки.

7.1 Сущность фильтрования, применение. Фильтры, их типы.

7.2 Движущая сила, способы ее создания.

7.3 Скорость фильтрования и факторы, влияющие на нее.

7.4 Устройство рамного фильтр- пресса, достоинство и недостатки.

7.5 Фильтрующие перегородки при фильтровании и осадки на них.

8. Вывод.

Исследование циклона.

1. Цель работы.

1.1 Изучение конструкции циклона.

1.2 Определение основных параметров.

2. Основы теории [1, с. 83...86], [2, с. 47...50], [3, с. 44...45].

Очистка газов под действием центробежной силы применяется для увеличения скорости осаждения и более полного выделения из газа твердых взвешенных частиц. Одним из применяемых аппаратов применяется циклон нииогаз Фактор разделения

               υ²

     Ф = ——,

               Rq

где υ — окружная скорость, м\с,

  R — радиус циклона, м,

  q — ускорение свободного падения, q =9,81 м/с².

Ф — характеризует интенсивность разделения за счет центробежной силы и является отношением ускорения υ²=...м/с центробежной силы к ускорению свободного падения.

В циклонах осаждаются частицы d>10 мкм, со скоростью для поминарного режима

               d²(ρ_ч — ρ_с) υ²_ц

     W_ос = —————— =...м/с,

                   18 М_С*К

где ρ_ч и ρ_с — соответственно плотность улавливаемых частиц и газовой среды, кг/м³,

d — диаметр частиц, м,

R — радиус циклона, м,

υ_ц — окружная скорость в циклоне, м/с,

М_{С —} коэффициент динамической вязкости, Па с.

Степень очистки газа

           с₁ -с₂

   η = ———*100%

             с₁

где с₁ и с₂ — соответственно начальная и конечная концентрация пыли, кг/м³.

3. Описание лабораторной установки [3, с. 45...46].

 

 

         

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

1. Вентилятор центробежный.

2. Устройство запарное.

3. Устройство дозирующее.

4. Циклон.

5. Фильтр рукавный. Сборник пыли.

6. Лоток.

– 3 — воздух чистый,

– 3т — воздух со взвешенными частицами,

– т — взвешенные частицы,

– 3м — воздух с мелкими взвешенными частицами.

 

Рис. Схема циклона

d_{П —} диаметр входного патрубка,

d_С — диаметр выходной трубы,

d_Н — диаметр нижнего патрубка.

4. Методика проведения испытаний [3, с. 46...47].

Центробежным вентилятором (1) в систему нагнетается воздух, в поток которого дозатором- питателем (3) подается козельгурт, запыленный воздух поступает в циклон (4), где очищается от твердых частиц и через выхлопную трубу направляется в фильтр рукавный (5) для окончательной очистки и выбрасывается в атмосферу. Скорость и расход воздуха регулируется запорным устройством (2).

5. Обработка опытных данных [3, с. 47...48].

5.1 Определяем скорость воздуха в цилиндрической части циклона.

             2∆ρ

  W = √—— =...,м/с,

              ρ_вε

          ∆ρ

где —— - отношение при оптимальных условиях работы

           ρ_в

циклона      

  ∆ρ

—— = 50...750,

  ρ_в

ε — коэффициент гидравлического сопротивления, ε_{нииогаз}=105,

ε_{батарейный} = 85.

5.2 Определяем производительность циклона, т.е.объемный расход воздуха

                     πD²

П= V= F W = ——— W=...м³/с,

                      4

где D — диаметр цилиндрической части циклона, D=...м.

5.3 Приняв окружную скорость воздуха в циклоне W_С=10...12 м/с. Определяем скорость охлаждения частиц

            d_ч² W_о² (ρ_ч — ρ_в)

W_ос = ——————— =...м/с, [2,с. 27]

                     18 М_В

где d_ч — диаметр частиц, d_ч =...м,

ρ_ч — плотность выделяемых частиц, ρ_ч =...кг/м³, по табл. 7 [2, с 129] и табл. 3 [3, с. 141],

ρ_{в —} плотность воздуха по табл. 4 [2, с. 128] при t_в =...°C, ρ_в =...кг/м³,

 М_В — динамическая вязкость воздуха при t_в =...°C М_В=... Пас по табл. [2, с. 128].

5.4 Проверяем правильность применения формулы стока.

Для этого определяем критерий Re

                W_ос  d_ч ρ_в

      Re = ———— =...

                      М_В

Как видим формула стока применима или нет.

5.5 Приняв скорость воздуха во входном патрубке W_п = 20...25 проверяем площадь сечения его

                             πd_п²   V

           f_п = bh = ——— = —— =...м²,

                             4        W_п

                    4 f_п

откуда d_п = √———,

                    π

где b, h или d_{п —} соответственно ширина, высота и диаметр входного патрубка, м.

Как видим расчетные размеры соответствуют действительности входному патрубку d_п=...мм.

Для циклонов нииогаз h=3,14b,

                    f_п = 3,14 b²=...м² откуда

                                 f_п

                                      b = √—— =...м,

                                  π

5.6 Приняв скорость воздуха в выходной трубе W_с=10м/с, проверяем аго диаметр

                  V

    d_с= √————=...м,

              0,785W_с

как видим расчетный размер соответствует действительным.

5.7 Продолжительность выделения частиц в циклоне при угловой скорости потока W_ч

W_ч = W_о /ч

               

 

                 γ_в

 τ = 18 Mln(——)/d_ч² W_ч² ρ_ч=......с

                  γ_н

где М — динамическая вязкость воздуха, Пас,

  γ_в и γ_{н —} внутренний радиус цилиндрической части циклона и наружный радиус трубы для выхода очищенного газа, м.

5.8 Проверяем соотношения высот циклона

Н_ц = 1,6 D Н_к =2D.

6. Вопросы для самопроверки.

6.1  Параметры, характеризующие работу циклонов.

6.2  Что характеризует фактор разделения?

6.3  КПД циклона.

6.4  Регулируемые параметры в работе циклона.

6.5  Цели и способы очистки.

6.6  Как определяется запыленность воздуха?

6.7  Вывод и анализ.

8. Инструкция по технике безопасности.

8.1 Проверить готовность установки к исследованию (наличие ограждения привода вентилятора, пусковых приборов пульта управления, заземления).

8.2  Не касаться токоведущих частей привода вентилятора.

8.3  В случае нарушения режима работы установки или поражения электрическим током немедленно обесточить с помощью общего щита.