Контрольная работа № 2

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

ЗАДАЧА № 1

Рассчитать кожухотрубный нагреватель воды по следующим данным:

- количество нагреваемой воды G, (т/ч);

- начальная температура воды  tн,  (° С);

- конечная температура воды  tк, (°С);

- давление греющего пара  р, (бар);

- коэффициент теплопередачи  k, (Вт/(м2 ⋅°С));

- потери тепла в окружающую среду  Q пот, (%);

- длина одной трубки аппарата  L, (м).

- диаметр трубки (наружный)  d, (м);

- движение пара и воды - противоток

ТРЕБУЕТСЯ: 

1. Рассчитать поверхность нагрева аппарата  F, (м2);  Рис. 3 Теплообменник

2. Определить количество нагреваемых трубок в аппарате  n, (шт);

3. Определить расход греющего пара  D, (кг/ч);

4. Начертить схему аппарата с указанием подачи пара и воды.

Методические указания к решению задачи №1

  Перед решением задачи необходимо изучить разделы учебника  по основам теплообмена в пищевой промышленности,  аппаратуре, конструкциям теплообменных аппаратов и их  расчетом (1, с. 193-234).

Для расчёта поверхности нагрева аппарата можно воспользоваться уравнением теплопередачи: 

  Тепло, полученное водой от пара, равно:

 

Здесь G - количество нагреваемой воды надо взять в кг/с, а удельную теплоемкость “с” необходимо рассчитать по таблице физических свойств воды (см. прил.) в зависимости от средней температуры воды в нагревателе.

Температурный напор определяется:

при   

при   ,

Температура пара берётся по таблице насыщенного пара в зависимости от его давления р (см. приложение 1)

Полный расход тепла на нагревание воды определяется:

  Поверхность нагрева определяется по формуле: 

Количество трубок в нагревателе определяется:

где f тр - поверхность одной трубки, равная:

Расход греющего пара определяется по формуле:

где Q пара  = Q полн,

  i′  - энтальпия пара,  кДж/кг,

  i′′ - энтальпия конденсата,  кДж/кг. 

Энтальпия пара и конденсата выбирается по таблице насыщенного водяного пара в зависимости от его давления.

Таблица исходных данных к задаче № 3

Наименование параметра	Размерность	последняя цифра зачетной книжки
1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
количество нагреваемой воды G	т/ч	5	3	2	6	7	4	3	5	2	4
начальная температура воды  tн	° С	20	25	15	26	20	22	23	21	20	15
конечная температура воды  tк	°С	85	90	70	80	70	75	87	84	91	82
давление греющего пара  р	бар	2,0	5,0	4,0	3,0	6,0	5,0	4,0	3,0	5,0	3,2
коэффициент теплопередачи  k	Вт/(м2 ⋅°С)	800	700	900	850	950	750	800	900	790	830

Наименование параметра	Размерность	предпоследняя цифра зачетной книжки
1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
потери тепла в окружающую среду  Q пот	%	2	5	3	4	2	4	5	3	4	2
длина одной трубки аппарата  L	м	2	3	2,5	1,8	3,5	3,0	2,0	3,0	2,0	3,0
наружный диаметр трубки  d	мм	54	38	20	25	54	20	38	25	54	20

ЗАДАЧА № 2

Рассчитать однокорпусный выпарной аппарат по следующим данным:

- количество свежего раствора, поступающего на выпаривание  Sн, (т/ч);

- начальная концентрация сухих веществ свежего  раствора  СВн, (%) ;

- конечная концентрация сухих веществ уваренного раствора  СВк, (%);

- температура свежего раствора  tн, (°С);

- температура кипения раствора  tр, (°С);

- давление в аппарате  рвт, (бар);

- теплоёмкость свежего раствора  ср,  (кДж/(кг⋅°С));

- давление греющего пара  ргр, (бар);

- коэффициент теплопередачи  k, (Вт/м2 ⋅°С);

- тепловые потери  Qпот, (%).

  ТРЕБУЕТСЯ ОПРЕДЕЛИТЬ:

1.Количество выпаренной воды  - W, (кг/ч);

2. Часовой расход греющего пара  - D,  (кг/ч);

3. Удельный расход греющего пара  - m,  (кг/кг);

4. Полезную разность температур  - Δt, (°С);

5. Поверхность нагрева аппарата  - F,  (м2).

Рис. 3 Выпарной аппарат

Методические указания к решению задачи № 2

Перед решением задачи необходимо изучить теорию выпаривания, работу выпарных аппаратов и методы расчёта выпарных установок (1, с. 193-212, 235-275).

Производительность аппарата по выпаренной влаге /кг/ч/из раствора определится из уравнения:

Расход греющего пара D (кг/ч) определяется из уравнения теплового баланса:

,

где x - коэффициент, учитывающий потери тепла (1,02÷1,05 см. исх. данные);

i′  - энтальпия греющего пара, кДж/кг,

i′′  - энтальпия конденсата, кДж/кг,

i  - энтальпия вторичного пара, кДж/кг,

св - теплоёмкость воды при температуре кипения раствора, кДж/(кг⋅°С)

Величины i, i′, i′′ берутся из таблицы насыщенного водяного пара при соответствующем давлении, а св берётся по таблице физических свойств воды (см. приложение 2).

Удельный расход греющего пара  (кг/кг):

Полезная разность температур определится из уравнения:

,

где tп - температура греющего пара (берётся из таблицы  насыщенного водяного пара при соответствующем давлении).

Поверхность нагрева аппарата F (м2) определится из основного  уравнения теплопередачи: 

,

Таблицы исходных данных к задаче № 2

Наименование параметра	Размерность	последняя цифра зачетной книжки
1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
количество свежего раствора  Sн	т/ч	4	3	5	2	4	7	8	5	7,5	6,5
начальная концентрация СВн	%	7,0	5,0	8,5	7,5	4,5	5,0	6,5	5,5	8,0	6,0
конечная концентрация СВк	%	40	45	42	50	44	38	52	40	55	50
давление греющего пара  р	бар	1,0	1,3	1,5	1,2	1,1	1,4	1,5	0,9	1,3	1,2
давление в аппарате  рвт,	бар	0,5	0,2	0,4	0,6	0,3	0,2	0,6	0,3	0,5	0,4
коэффициент теплопередачи  k	Вт/(м2 ⋅°С)	850	750	950	800	950	750	800	900	790	830

Наименование параметра	Размерность	предпоследняя цифра зачетной книжки
1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
потери тепла Q пот	%	2	5	3	4	2	4	5	3	4	2
температура свежего раствора  tн	°С	40	45	50	35	40	50	35	30	40	50
температура кипения раствора tр,	°С	73	79	89	82	73	85	79	68	89	85
теплоёмкость свежего раствора  ср,	кДж/(кг°С)	4,0	4,2	4,3	4,6	4,5	4,1	4,2	4,0	4,5	4,1

ЗАДАЧА № 3

Рассчитать непрерывно действующую сушилку, работающую  по нормальному сушильному процессу при следующих данных:

- производительность сушилки по влажному материалу - Gн, (кг/ч);

- начальная влажность материала - w1, (%);

- конечная влажность материала  - w2, (%);

- температура материала на входе в сушилку – tн, (°С);

- температура материала на выходе из сушилки  - tк, (°С);

- температура  воздуха до калорифера - t0, (°С);

- относительная влажность воздуха до калорифера - φ0, (%);

- температура отработанного воздуха после сушки  - t2,  (°С);

- относительная влажность воздуха после сушки - φ2, (%);

- теплоёмкость высушенного материала - см,  (кДж/(кг⋅°С));

- масса транспортного устройства  - Gтр, (кг);

- теплоёмкость транспортного устройства  - cтр,  (кДж/(кг⋅°С));

- влажность пара – wп, (%)

ОПРЕДЕЛИТЬ:

1. Количество испаренной влаги -  W, (кг/ч);

2. Расход сухого  воздуха  - L, (кг/ч);

3. Расход теплоты  - Q, (Вт).

4. Расход греющего пара в калорифере - D, кг/ч.

5. Удельный расход греющего пара  - d, (кг/кг)

Методические указания к решению задачи №3

Перед решением задачи необходимо изучить теоретический материал, касающийся процесса сушки (1, с. 320 -361).

Количество испаренной влаги в сушилке определяется по формуле

По  i-x  диаграмме ( см. приложение) находят влагосодержание x1 и x2 (кг/кг)  и  энтальпию i0 и i2 (кДж/кг )  воздуха до и после сушки.

Расход сухого воздуха в сушилке находим из уравнения:

Расход теплоты в теоретической сушилке определяется по формуле:

Расход теплоты на подогрев материала определяется по формуле:

,

где количество высушенного материала

Расход теплоты на подогрев транспортирующего устройства определяется по формуле:

Количество теплоты вносимое влагой

,

где теплоемкость воды св = 4,19⋅103 Дж/(кг⋅°С).

Общее количество теплоты, которое нужно подвести в калорифер

В то же время  ,

,  тогда энтальпия воздуха i1 после калорифера

.

Находим по i-x диаграмме температуру воздуха на выходе из калорифера t1 по значениям i1 и x1.

Принимаем температуру греющего пара в калорифере на 10°С больше температуры выходящего из калорифера воздуха,  тогда температура греющего пара будет равна:

По таблице влажного насыщенного пара находим давление пара р (бар) и скрытую теплоту парообразования r (кДж/кг) при соответствующей температуре греющего пара  tг. п.

Расход греющего пара в калорифере определяется по формуле:

,

где степень сухости пара .

Удельный расход пара

.

Таблицы исходных данных к задаче № 3

Наименование параметра	Размерность	последняя цифра зачетной книжки
1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
производительность сушилки по влажному материалу  Gн	кг/ч	400	350	550	290	475	700	800	350	575	465
начальная влажность материала w1	%	30	35	32	30	34	38	32	30	35	31
конечная влажность материала  w2	%	11	13	10	9	11	13	12	9	10	12
температура материала на входе в сушилку  tн	°С	20	18	22	19	21	23	20	18	22	23
температура материала на выходе из сушилки  tк	°С	54	60	50	56	50	60	57	55	62	52
теплоёмкость высушенного материала  см	кДж/(кг°С)	2,25	2,14	2,18	2,22	2,37	2,20	2,14	2,25	2,18	2,14
масса транспортного устройства Gтр	кг	140	142	143	146	145	141	142	240	145	241
теплоёмкость транспортного устройства  cтр	кДж/(кг°С)	0,5	0,2	0,3	0,4	0,25	0,35	0,45	0,3	0,25	0,55
Наименование параметра	Размерность	предпоследняя цифра зачетной книжки
1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
температура  воздуха до калорифера  t0	°С	17	19	20	19	21	18	19	17	18	20
относительная влажность воздуха до калорифера  φ0	%	70	68	71	69	72	70	68	71	69	70
температура отработанного воздуха после сушки  t2	°С	54	60	50	56	50	60	57	55	62	52
относительная влажность воздуха после сушки  φ2	%	58	57	60	59	62	59	60	59	58	59
влажность пара  wп	%	5	4	3	5	4	3	5	4	3	5