VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŽENÝRSTVÍ cvičení 6

UNIVERZITA TOMÁŠE BATI VE ZLÍNĚ FAKULTA APLIKOVANÉ INFORMATIKY VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŽENÝRSTVÍ cvičení 6 Entalická bilance výměníků tela Hana Charvátová, Dagmar Janáčová Zlín 013 Tento studijní materiál vznikl za finanční odory Evroského sociálního fondu (ESF) a rozočtu České reubliky v rámci řešení rojektu: CZ.1.07/..00/15.0463, MODERNIZACE VÝUKOVÝCH MATERIÁLŮ A DIDAKTICKÝCH METOD

Entalická bilance rekueračních výměníků tela Obsah Entalická bilance rekueračních výměníků tela... 3 Řešené říklady... 3 Příklady k rocvičení... 7 Použitá literatura... 8 Seznam oužitých symbolů... 9 CZ.1.07/..00/15.0463

3 Entalická bilance rekueračních výměníků tela Entalická bilance rekueračních výměníků tela STRUČNÝ OBSAH CVIČENÍ: Prostu tela v souroudých a rotiroudých rekueračních výměnících tela. Prostu tela v arních kondenzátorech. MOTIVACE: Problematika sdílení tela ve výměnících tela je v technické raxi velmi často řešena a technolog se bez ní téměř neobejde. V tomto cvičení se seznámíme s výočty arametrů rotiroudých rekueračních trubkových a deskových výměnících tela. CÍL: Naučit studenty řešit úlohy týkajících se rostuu tela v deskových, trubkových a svazkových rekueračních výměnících tela. Řešené říklady Příklad 1 Vyočítejte telosměnnou lochu souroudého deskového výměníku tela, v němž se ohřívá 0,8 kg.s -1 oleje z teloty 7 C na telotu 43 C vzduchem o vstuní telotě 84 C a růtoku 1,1 kg.s -1. Součinitel rostuu tela mezi tekutinami je 70 W.m -.K -1. Řešení: Obr. 1 Schéma růběhu telot v souroudém výměníku tela řešená úloha Celkové množství tela, které se ředá mezi vzduchem a olejem v deskovém výměníku tela: Q k A t (1) CZ.1.07/..00/15.0463

4 Entalická bilance rekueračních výměníků tela Odtud lze vyočítat telosměnnou lochu A: A Q k t () Pro výočet telosměnné lochy je otřeba určit teelný tok ve výměníku Q a střední logaritmický rozdíl telot t. Nejrve doočítáme teelný tok Q ve výměníku ze známé vstuní a výstuní teloty oleje a hmotnostního růtoku: 1 Q mc t t (3) Q 0, 8 000 43 7 0160 W (4) Pro určení středního logaritmického rozdílu telot rovnice výstuní telotu vzduchu: t vyočteme s využitím teelné bilanční Q t t 1 mc kde měrnou teelnou kaacitu vzduchu určíme z tabulek: c 1,01 kj.kg.k -1-1 (5). Potom latí: 0160 t 84 65,9 C, (6) 1,1 1010 Pro střední logaritmický rozdíl telot t ak latí: t t t t t 1 1 t t ln t t 1 1 84 7 65,9 43 t 44,6 C 84 7 ln 65,9 43 (7) (8) Telosměnná locha výměníku je ak odle (): 0160 A 6,46 m (9) 70 44,6 CZ.1.07/..00/15.0463

5 Entalická bilance rekueračních výměníků tela Příklad Ve výměníku tyu "trubka v trubce" se ohřívá 0,3 kg.s -1 etanolu z teloty 18 C na telotu 78 C sytou vodní arou o telotě 110 C. Vyočítejte teelný výkon výměníku a střední logaritmický rozdíl telot. Řešení: Obr. Schéma růběhu telot v arním kondenzátoru řešená úloha Měrná teelná kaacita etanolu ři střední telotě, tj. ři c =,88 kj.kg -1.K -1 t 0,5 (18 78) 48 : str Teelný výkon výměníku: Q m c ( ) t 1 t (10) 3 Q,5,88 10 (45 18) 51840 W (11) Střední logaritmický rozdíl telot: ( t 1 t 1) ( t t ) t t 1 t 1 ln t t (110 18) (110 78) t 56,815 C 110 18 ln 110 78 (1) (13) Příklad 3 V rotiroudém svazkovém výměníku tela je otřeba ochladit 0,05 kg.s -1 vzduchu z teloty 104 C na telotu 55 C. Chlazení se rovádí vodou o vstuní telotě 9 C a výstuné telotě 63 C. Výměník je tvořen 8 litinovými trubkami uzavřenými v litinovém lášti. Voda rotéká vnitřními trubkami o vnitřním růměru 1,1 cm a tloušťce stěny 0, cm. Vzduch roudí mezikružím. Součinitel řestuu tela na straně vzduchu je 6 W.m -.K -1. Součinitel řestuu tela na straně vody je 10 W.m -.K -1. Vyočítejte ožadovanou sotřebu vody (v kg.s -1 ) a délku výměníku. CZ.1.07/..00/15.0463

6 Entalická bilance rekueračních výměníků tela Řešení: Obr. 3 Schéma růběhu telot v rotiroudém výměníku tela řešená úloha a) Výočet sotřeby vody Sestavíme entalickou bilanční rovnici: 1 1 mc t t m c t t (14) Úravou obdržíme: 1 mc t 1 t m c t t (15) Z tabulek určíme měrnou teelnou kaacitu vody a vzduchu ři střední telotě: -1-1 c 1,0 kj.kg.k, c -1-1 4,18 kj.kg.k Po dosazení do (15) obdržíme: 0,05100 104 55 m 4180 63 9-1 0,011 kg.s (16) b) Výočet délky výměníku Celkové množství tela, které se ředá mezi vodou a vzduchem ve výměníku: Q k n L t, (17) L kde n je očet vnitřních trubek výměníku. Odtud L Q, (18) k n t L CZ.1.07/..00/15.0463

7 Entalická bilance rekueračních výměníků tela kde telo řenášené ve výměníku můžeme vyočítat následovně: 1 Q mc t t (19) Q 0,05 100 104 55 499 W. (0) Pro střední logaritmický rozdíl telot t t t t t 1 1 t t ln t t 1 1 55 9 104 63 t 43,45 C 55 9 ln 104 63 t latí: Délkový součinitel rostuu tela k L vyočítáme následovně: kl 1 1 d 1 ln d d d 1 Li 1 (1) () (3) k L 1 1 0, 015 1 ln 10 0,011 63 0,011 6 0,015-1 -1 0,91 W.m.K (4) Po dosazení do rovnice (18) obdržíme: 499 L 7,33 m (5) 0,98843,45 Příklady k rocvičení Příklad 4 Do rovozu byl zařazen rotiroudý deskový výměník ro ohřev benzenu vodou. Když byl výměník nový, byly u něj zjištěny tyto údaje: Vstuní telota ohřívací vody 65 C Výstuní telota vody 49 C Hmotnostní růtok vody 0,9 kg.s -1. Vstuní telota benzenu 6 C Hmotnostní růtok benzenu 0, kg.s -1. Telosměnná locha výměníku 1,3 m. Po určité době rovozu byl výměník zanesen kotelním kamenem. V důsledku toho se zvýšila výstuní telota ohřívací vody na 53 C. Ostatní údaje kromě výstuní teloty benzenu zůstaly nezměněny. Vyočítejte hodnotu součinitele rostuu tela u nového i zaneseného výměníku. Dále vyočítejte tloušťku nánosu kotelního kamene. [Výsledek: Součinitel řestuu tela nového výměníku 695 W.m -.K -1 ; součinitel řestuu tela zaneseného výměníku 345 W.m -.K -1 ; tloušťka nánosu kotelního kamene ve štěrbině s vodou 3 mm] CZ.1.07/..00/15.0463

8 Entalická bilance rekueračních výměníků tela Příklad 5 V trubkovém výměníku, ve kterém se toí nasycenou vodní arou kondenzující ři 110 C se na vnějším ovrchu vnitřní trubky ohřívá 0,01 kg.s -1 vzduchu o tlaku 98 kpa z teloty 16 C na telotu 8 C. Vzduch roudí vnitřní ocelovou trubkou o vnitřním růměru 6 mm a vnějším růměru 66 mm. Součinitel řestuu tela na straně vzduchu je 14,6 W.m -.K -1, součinitel řestuu tela na straně áry je 757,4 W.m -.K -1. Vyočítejte délku výměníku a růtok áry. [Výsledek: Délka výměníku 4,3 m, růtok áry 0,0003 kg.s -1 ] Příklad 6 V rotiroudém výměníku tyu trubka v trubce se ohřívá vzduch z teloty 15 C na telotu 43 C. Vzduch se ohřívá vodou o vstuní telotě 76 C a výstuní telotě 65 C. Vzduch roudí vnitřní nerezovou trubkou s 3% chromu o rozměrech d 1 /d 4,8 /5,6 cm. Vnější trubka má rozměry d 3 /d 4 7/8 cm. Délka výměníku je, m. Součinitel řestuu tela na straně vody je 900 W.m -.K -1 a na straně vzduchu 50 W.m -.K -1. Vyočítejte rychlosti roudění vody a vzduchu ve výměníku. [Výsledek: rychlost roudění vzduchu 11,4 m.s -1, rychlost roudění vody 0,004 m.s -1 ] Úlohy se vztahují k této otázce: Výměníky tela. Druhy výměníků, součinitel rostuu tela výměníku, entalická bilance výměníku. Výkon výměníku, střední logaritmický rozdíl telot, souroudý a rotiroudý výměník. Použitá literatura [1] Jahoda, M.: Sdílení tela, racovní materiály,všcht Praha, ÚCHI, 003 [] Míka, V. a kol.: Chemicko-inženýrské výočty II, VŠCHT Praha, III. vydání, 1996, ISBN-80-7080-55-3 [3] Šesták, J.; Rieger, F.: Přenos hybnosti, tela a hmoty, ČVUT Praha, III. vydání, 004 [4] Kasatkin, A. G.: Základní ochody a řístroje chemické technologie II, Technickovědecké vydavatelství Praha,195 [5] Kolomazník, K.: Teorie technologických rocesů III, VUT Brno, FT Zlín, 1978 [6] Michejev, M. A.: Základy sdílení tela, Praha, Průmyslové vydavatelství, 195 [7] Dvořák, Z.: Sdílení tela a výměníky, ČVUT Praha, FS, 199 [8] Janáčová, D. a kol. Procesní inženýrství. Fyzikální, transortní a termodynamická data, UTB AC, Zlín, 011, ISBN 978-80-7318-997-6 CZ.1.07/..00/15.0463

9 Seznam oužitých symbolů Entalická bilance rekueračních výměníků tela A - locha, [m ] c - měrná teelná kaacita, [kj.kg -1.K -1 ] h k - měrné kondenzační telo, [kj.kg -1 ] k - součinitel rostuu tela, [W.m -.K -1 ] k L - délkový součinitel rostuu tela, [W.m -1.K -1 ] L - délka, [m] m - hmotnostní růtok, [kg.s -1 ] Q - teelný tok, [W] S - růřez, [m ] t - telota, [ C] t str - střední telota, [ C] t - střední logaritmický rozdíl telot, [ C] T - termodynamická telota, [K] - součinitel řestuu tela, [W.m -.K -1 ] CZ.1.07/..00/15.0463