3.9 Змеевиковый подогреватель

Мазут перед подачей в форсунку подогревается с целью уменьшения вязкости. Для подогрева используются змеевиковые теплообменники, состоящие из паровых змеевиков, помещенных в бак с мазутом.

Исходные данные

Параметры мазута

Мазут марки М80

Производительность, В, кг/ч 54

Температура

начальная, t₁, °С 0

конечная, t₂, °С 100

Принимаем медную трубу Ø38×2,5 мм.

Расчет теплообменника

Тепловая нагрузка:

Q=BC(t₂-t₁)=(54/3600)·1900(100-0)=2850 Вт,

где С=1900 Дж/(кг·К) [см.6, приложение 1].

Расход греющего пара:

D=Q/r=2850/2207·10³=0,13·10^-3кг/с.

Принимаем температуру греющего пара t_срна 15-20 °С выше температуры мазутаt₂:t_ср1=t₂+(15-20)=100+20=120 °С.

По [см.1, таблица 34] при t_ср1=120 °С определяем Р_а=0,2 МПа – абсолютное давление пара иr=2207·10³кДж/кг.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара внутри змеевика:

α₁=1,85A²ΔtL^0,7d^-0,5=1,85·7,9²·1·6,4^0,7·0,033=2330 Вт/(м²·К),

где значение коэффициента А=7,9 при t_ср1=120 °С; принимаем Δt=1 К;Lопределяем из соотношения (L/d_в)_maxпо [см.4, таблица 5] при Р_а=0,2 МПа; (L/d_в)_max=193 откудаL=193·0,033=6,4 м.

Средняя разность температур (рисунок 4):

Δt_max=120-0=120 К; Δt_min=120-100=20 К;

К.

Средняя температура мазута:

t_ср2=t_ср1-Δt_ср=120-55,8=64,2 °С.

Теплофизические константы мазута при t_ср2=64,2 °С и по [см.6, приложение 1]: ρ=1032 кг/м³; λ=0,133 Вт/(м·К); μ=9·10^-3Па·с; С=1900 Дж/(кг·К).

Критерий Грасгофа:

Gr=(gd_в³ρ²βΔt)/μ²=(9,81·0,033³·1032²·0,034)/(9·10^-3)²=1,6·10⁵,

где βΔt=(ρ_t1-ρ_t2)/ρ_t2=(1058-1018)/1018=0,034.

Критерий Прандтля: Pr=μC/λ=9·10^-3·1900/0,133=128,6.

Коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции мазута снаружи труб змеевика:

Nu₂=0,5(GrPr)^0,25=0,5(1,6·10⁵·128,6)^0,25=33,7.

Откуда Nu₂=α₂d_в/λ; α₂=Nu₂λ/d_в=33,7·0,133/0,033=136 Вт/(м²·К).

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений:

Σr=δ/λ+r_з1+r_з2=2,5·10^-3/384+1/5800+1/2900=0,52·10^-3(м²·К)/Вт,

где r_з1=1/5800 (м²·К)/Вт,r_з2=1/2900 (м²·К)/Вт по [см.1, таблица 39].

Коэффициент теплопередачи:

К=1/(1/α₁+Σr+1/α₂)=1/(1/2330+0,52·10^-3+1/136)=120 Вт/(м²·К).

Поверхность теплообмена: F=Q/KΔt_ср=2850/120·55,8=0,43 м².

Общая длина змеевика:

L=F/(πd_ср)=0,43/(3,14·0,0355)=3,9 м, гдеd_ср=(38+33)10^-3·0,5=0,0355 м.

Число параллельных секций: z=L/L_max=3,9/6,4=0,61. Принимаемz=1.

Диаметр витка змеевика:

D₁=350 мм находим по [см.4, таблица 6] приF=0,43 м².

Длина одного витка змеевика:

l₁=(πD₁²+h²)=(3,14·0,35²+0,076²)=0,39 м, приh=2d_н=2·0,038=0,076 м.

Число витков змеевика: n=L/l=3,9/0,39=10; принимаемn=10.

Общая высота: H=hn=0,076·10=0,76 м.

Диаметр бака: D=D₁+4d_н=0,350+4·0,038=0,5 м.

Принимаем змеевиковый подогреватель со следующими характеристиками:

F=0,43 м²; Ø38×2,5 мм;L=3,9 м;z=1;n=10;D₁=350 мм;D=500 мм;h=76 мм.

4 Технико-экономические показатели сушилки Технологические показатели сушилки.

Производительность:₁=1900 кг/ч=0,53 кг/с.

Удельная производительность по испаренной влаге (напряжение по влаге):

А=W/V_c=0,14/1,2=0,12 кг/(м³·с)=432 кг/(м³·ч).

Удельный объемный расход сушильного агента:

=V_t1/V_c=2,3/1,2=1,92 м³/(м³·с)=6912 м³/(м³·ч).