Beispielrechnung mit dem Modulpaket VERD
Ein Pentan-Strom von 7200 kg/h soll in den Rohren eines waagrechten Verdampfers verdampft werden. Als Heizmedium wird Sattdampf von 5 bar verwendet.
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Rohrseite |
Mantelseite |
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Medium: |
n-Pentan |
Sattdampf |
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Druck: |
5 bar |
5 bar |
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Siedetemperatur: |
92,59 °C |
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Massenstrom: |
7200 kg/h |
Es sind nur genormte Rohr- und Manteldurchmesser zu verwenden.
Die Stoffwerte des zu verdampfenden Stoffes sollen eingegeben werden.
· Festlegen der Verdampfungsseite: Verdampfung in den Rohren
· Auswahl des Rohrmaterials: Stahl
· Auswahl der Medien:
Auf der Rohrseite "Freie Eingabe“ und auf der Mantelseite "Sattdampf / Kondensation"
· Auswahl der Rohre:
20 x 2 Bü-Ma 12 Bieger. 26
· Auswahl der Rohrteilung: 26 x 60°
· Bei Manteldurchmesser "Freie Eingabe / Auslegen" wählen, d.h. VERD wählt einen Mantel aus der hinterlegten Liste aus, so dass bei vollständiger Verdampfung des Pentans die Geschwindigkeit des Dampfes in den Rohren die gewünschte Geschwindigkeit in den Rohren von 30 m/s gerade noch nicht überschreitet.
· Einbaulage waagrecht
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Rohrseitig: Siedetemperatur, Siededruck und Massenstrom
Mantelseitig: Sattdampfdruck Die Siedetemperatur wird über
die Dampfdruckkurve bestimmt, der |
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TIPP zur Einheitenumwandlung Mit einem Klick auf die Einheit oder einem Doppelklick auf das Eingabefeld wird die Einheitenumwandlung aktiviert. Tragen Sie die Werte in den Einheiten ein, in denen sie Ihnen vorliegen z.B. den Massenstrom in kg/h. Der Eingabewert wird sofort in die anderen darge-stellten Einheiten umgerechnet. Die mit einem Punkt markierte Einheit wird auf der Form und später im Ausdruck verwendet. Bestätigen Sie die Eingabe mit 'ENTER'. Nachdem Sie alle Daten eingegeben haben, klicken Sie auf 'OK'. Das Programm wechselt in das Modul 'SDAT' zur Eingabe der Stoffwerte von Pentan.
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Eingabe der Stoffwerte für die siedende Flüssigkeit im oberen Teil der Maske und für den Dampf im unteren Teil der Maske sowie die Verdampfungsenthalpie
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Benötigte Stoffwerte - Kritischer Druck - Molmasse
für die siedende Flüssigkeit - Dichte - Spezifische Wärmekapazität - Dynamische oder kinematische Viskosität - Wärmeleitfähigkeit - Oberflächenspannung für den Dampf - Dichte - Spezifische Wärmekapazität - Dynamische oder kinematische Viskosität - Wärmeleitfähigkeit - Verdampfungsenthalpie
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Normierte Werte bei einem reduzierten Druck von 0.1·Pc:
- Dichte des Sattdampfes - Dichte der siedenden Flüssigkeit - Verdampfungsenthalpie - Oberflächenspannung |
Nach vollständiger Eingabe der Stoffwerte wechselt das Programm selbständig zur Eingabemaske von VERD.
Steht der Cursor auf einem Eingabefeld für die normierten Daten, so können die normierte Wärmestromdichte q0 und der normierte Wärmeübergangskoeffizient a0 von n-Pentan einer Tabelle entnommen werden (blaues Fragezeichen)
Die normierten Stoffwerte bei Pc/10 (10% des kritischen Druckes) werden nur bei der Verdampfung in waagrechten Rohren benötigt. Für Wasser, Ammoniak Kohlenstoffdioxid, Kältemittel und Stoffdaten aus dem Programm "PROPER" werden die normierten Stoffdaten automatisch eingetragen.
Anmerkung:
Wenn Sie einen Stoff verdampfen, dessen normierter Wärmeübergangskoeffizient α0 nicht in dieser Tabelle enthalten ist, können Sie den normierten Wärmeübergangskoeffizienten α0 mit dem Modul 'HABA' berechnen. Starten Sie das Modul 'HABA', indem Sie in der Projekt-Übersicht ein neues Modul anlegen und HABA auswählen.
Die Werte für die ‚Normierte Wärmestromdichte‘ und den ‚Normierten Wärmeübergangskoeffizienten‘ wurden einer Tabelle entnommen, die per Mausklick auf das blaue Fragezeichen im entsprechenden Eingabefeld aufgerufen und im Info-Browser angezeigt wird.
Nach Eingabe der normierten Daten wird der Verdampfer
berechnet. Mit der Vorgabe, dass die Geschwindigkeit in den Rohren bei
vollständiger Verdampfung des Pentans maximal 30 m/s betragen darf,
(s. Auswahl der Grunddaten) wurde vom Programm ein Mantel gewählt (219,1 x 4,3
mm) und die Rohrzahl ermittelt (37 Rohre).
Berechnet wird die theoretische Wärmeübertragungsfläche und außerdem mit der Flächenreserve (= 15%) die ausgeführte Bündellänge und die tatsächliche Fläche.
Die Flächenreserve ist definiert als das Verhältnis von ausgeführter zu erforderlicher Wärmeübertragerfläche. Die Flächenreserve wurde mit 15% vorgegeben (s. Eingabe der Vorgabegrößen).
Da der Wärmeübergang beim Sieden von einer Vielzahl von Einflussgrößen abhängt, z.B. auch von der Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenrauheit der Heizfläche, ist die Unsicherheit bei der Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten groß. Es sollte deshalb eine ausreichend große Flächenreserve von mindestens 15% berücksichtigt werden.
Bei unsicheren Stoffdaten des zu verdampfenden Mediums oder unbekannter Oberflächenbeschaffenheit der Heizfläche, sollte die Flächenreserve größer sein.
Bei Vorgabe der Flächenreserve nimmt die ausgeführte Bündellänge in der Regel einen unhandlichen Wert an (L = 1,205 m).
Überschreiben Sie deshalb die ausgeführte Länge mit dem Wert, wie der Verdampfer gefertigt wird z.B. 1,2 m. Der Verdampfer wird mit dieser Länge erneut durchgerechnet und die Flächenreserve neu ermittelt (= 12.16%).
Der Verdampfer kann nun weiter bearbeitet werden z.B. wenn ein größerer Mantel und somit mehr Rohre erforderlich sind.
Überschreiben Sie die Rohrzahl z.B. mit dem Wert 40. Das Programm sucht nun aus den hinterlegten Mänteln den Mantel aus, in dem mindestens 40 Rohre untergebracht werden können. Das Programm wählt den nächst größeren Mantel (273 x 6,3 mm) mit 61 Rohren. Alternativ können Sie auch einen anderen Mantel wählen, indem Sie über den Button „Auswahl der Grunddaten“ in die Form „Auswahl der Grunddaten“ wechseln und dort in der Auswahlbox für die Mäntel einen Mantel wählen.
VERD erstellt automatisch einen Rohrspiegel für den Verdampfer. Dieser Rohrspiegel kann im Modul SPIE angezeigt, von Hand geändert, als DXF-File gespeichert oder gedruckt werden. Auch kann der Rohrspiegel in einer Datenbank abgespeichert und jederzeit in den Programmen WTS, KOND und VERD wieder geladen werden (s. Handbuch SPIE).
