Diseño De Un Intercambiador De Calor

Disseny de Bescanviador de Calor
Transmissió de calor
3er Enginyeria Química

Mariona Juárez Jiménez Cristian Carrasco Muñoz 15.05.09

Disseny de Bescanviador de Calor Transmissió de Calor

1. Introducció
L’objectiu és el disseny d’un bescanviador de calor que refredi un corrent de 42500 kg/h de brou de cultiu de 30 a 12 ºC utilitzant aigua glicolada com a fluid de refrigeració, quepassarà de -5 a 5 ºC. El fluid que circula per carcassa és l’aigua glicolada, mentre que el que circula per tubs és el brou de cultiu. Les dades facilitades per realitzar el disseny es mostren a la taula següent:

Taula 1. Propietats d’aigua glicolada i brou de cultiu necessàries per realitzar els càlculs.

T (ºC) P (atm) m (kg/s) ρ (Kg/m3) μ (kg/ms) CP (J/kg ºC) κ (W/mºC)

AIGUA GLICOLADAEntrada Sortida -5 5 2,5 1068 3,74 x 10 3700 0,53
-3

BROU DE CULTIU Entrada Sortida 30 12 2 11,81 11,81 1200
-3

1068 3,74 x 10 3700 0,53

1200
-4

8,91 x 10 4180 0,61

8,91 x 10-4 4180 0,58

Per tal de realitzar el disseny, es segueix el Mètode de Kern, ja que cap dels dos fluids canvia de fase.

2. Disseny del bescanviador de calor
2.1. Balanç tèrmic
Per calcular el calor que estransmet, es resol l’equació del balanç tèrmic pel brou de cultiu, de la manera següent: ������ = ������������ ������������������ (������2 − ������1 ) ������������ ������ · 4180 · 12 − 30 º������ ������ ������������º������

������ = 42500

q = -3.197.700.000 J/h

q = -888.250 J/s

2

Disseny de Bescanviador de Calor Transmissió de Calor A partir del calor q calculat, es pot calcular elcabal del corrent d’aigua glicolada necessari.

������������ =

������ −888.250 ������/������ ������������ = = 24.01 ������ ������������������ (������1 −������2 ) ������ 3700 · (−5 − 5) ������������º������

2.2. Càlcul de DTML 2.2.1. Tipus de circulació i número de passos per carcassa i tubs
El tipus de circulació escollit pel disseny del bescanviador de calor ha sigut contracorrent, demanera que, si ∆������1 = ������1 − ������2 el valor de DTML és ������������������������ = ∆������1 − ∆������2 30 − 5 = = 20.74 º������ ∆������ 25 ln⁡ 1 ������������ 17 ∆������2 ������ ∆������2 = ������2 − ������1

Al tractar-se de la primera iteració, el número de passos per carcassa i tubs es consideren com 1 cadascun.

2.3.

Correcció de DTML, (DTML)C

Com que el número de passos percarcassa i tubs escollits és 1, no és necessari corregir el valor de DTML, aquest pas serà necessari en apartats posteriors.

2.4. Selecció del bescanviador 2.4.1. Suposició del coeficient global inicial, U
S’ha considerat que els dos fluids són fluids aquosos, per tant, s’ha suposat un valor del coeficient global inicial U=1000 W/m2 ºC, ja que el rang de valors de la taula 12.1 (Dossier 3), és de U= 800-1500 W/m2 ºC.

3

Disseny de Bescanviador de Calor Transmissió de Calor

2.4.2. Càlcul de l’àrea total de bescanvi A
L’àrea total de bescanvi es calcula segons l’equació ������ = ������ ������ ������������������������ ������

Com que inicialment DTML = (DTML)c, el valor de l’àrea total de bescanvi és A = 42.83 m2.

2.4.3. Selecció de les característiques dels tubs
Lescaracterístiques inicials escollides són: L=3m Di = 15 mm De = 19 mm Δx= 2 mm

2.4.4. Distribució dels tubs
El Pitch inicial escollit és Pitch triangular i el seu valor és Pitch = 1.25·De = 23.75 mm.

2.4.5. Càlcul del número de tubs Nt
Es calcula l’àrea de bescanvi d’un tub At a partir de les dades suposades a l’apartat 2.4.3. ������ = ������������������ ������ = ������ · 19������10−3 ������ · 3������ = 0.179 ������2 A partir de l’àrea de bescanvi d’un tub At i l’àrea total de bescanvi A, es calcula el nombre de tubs Nt inicials (en apartats posteriors el nombre de tubs varia): ������������ = ������������������������������������ = 239 ������������������������ ������������

2.4.6. Càlcul del diàmetre de carcassa Ds
Per calcular el diàmetre de carcassa, és necessari calcular primer el...