Теплопередача в поверхностных теплообменниках



 

Количество теплоты, переданной в единицу времени от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку поверхностью F можно определить из основного уравнения теплопередачи

                                 Q = K.F.Dtср, Вт.                                   (17)

Уравнение (1.17) применяется для расчета необходимой площади поверхности теплопередачи при известных значениях тепловой нагрузки теплообменного аппарата Q, средней разности температур теплоносителей Dtср и коэффициента теплопередачи К

                                 , м2                                     (18)

По рассчитанной площади поверхности теплопередачи в зависимости от назначения подбирается теплообменный аппарат по ГОСТам: 15118-79, 15119-79, 15121-79, 15120-79, 15122-79, 14245-79, 14246-79, 14247-79, 14248-79 (параметры аппаратов в соответствии с указанными ГОСТами приведены в таблицах III – VII приложения. В приложении приведены также диаметры условного прохода штуцеров (таблица VIII, число сегментных перегородок (таблица IX) и масса кожухотрубчатых теплообменных аппаратов (таблица X)). ГОСТы на теплообменные аппараты других типов приведены в [4].

 

Последовательность расчета и подбора кожухотрубчатого теплообменника

 

Рассмотрим последовательность расчета и подбора кожухотрубчатого теплообменного аппарата для нагрева органической жидкости от начальной t до конечной t температуры при расходе жидкости G2 (кг/с).

В качестве горячего теплоносителя выбираем насыщенный водяной пар давлением Р (МПа) при степени сухости х.

По таблице 1 принимаем тип аппарата, выбираем материал труб – сталь; аппарат вертикальный. Нагреваемая жидкость подается в трубы, пар – в межтрубное пространство.

По таблицам теплофизических свойств нагреваемой жидкости при t2ср = 0,5.( t+ t) определяем плотность r2 (кг/м3), теплоемкость С2 (кДж/(кг.град)), вязкость m 2 (Па.с), теплопроводность l2 (Вт/(м2.град)) [1].

По таблице I приложения по давлению Р (МПа) определяем температуру насыщения пара t= t= ts и удельную теплоту конденсации r (кДж/кг).

По таблице теплофизических свойств воды на линии насыщения (таблица II приложения) при ts определяем свойства конденсата: плотность r (кг/м3), теплопроводность (Вт/(м.град)), вязкость m (Па.с) [1].

Расчет кожухотрубчатого аппарата проводится следующим образом:

1 Определяем тепловую нагрузку аппарата

                                 Q2 = G2 . C2 . ( t– t), кВт;

2 По уравнению теплового баланса (6) определяем расход насыщенного водяного пара

                                 , кг/с;

3 При теплообмене между теплоносителями насыщенный водяной пар конденсируется при постоянной температуре ts; поэтому схема движения теплоносителей не влияет на величину средней разности температур. Dtср определяем либо по уравнению (10), либо (11). Расчетная схема для определения Dtб и Dtм изображена на рисунке 31 d.

4 По таблице 3 принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор с учетом вида теплоносителей и характера их движения (в данном примере – от конденсирующегося водяного пара к органической жидкости при ее вынужденном движении);

5 По уравнению (18) рассчитываем ориентировочную площадь поверхности нагрева

                                 , м2;

6 Принимаем диаметр труб (20´2,0 мм или 25´2,0 мм; первая цифра обозначает наружный диаметр трубы dн, вторая – толщину стенки d. Тогда внутренний диаметр трубы dвн = dн – 2.d, мм) и длину труб l (l = 2,0; 3,0; 4,0; 6,0 м в соответствии с ГОСТом на принятый к расчету аппарат.

7 Определяем общее число труб аппаратов, шт

                        ;

8 Число труб n1 (шт) на один ход определяем из условия турбулентного режима движения жидкости (Re = 10 000 – 20 000). Например, ориентировочно принимаем Re2 ор = 15 000. Тогда

                                 ;

9 Рассчитываем число ходов трубного пространства аппарата

                                          ;

10 По рассчитанным величинам Fор, n, z и выбранным размерам труб (dвн и l) в соответствии с ГОСТом подбираем аппарат с наиболее близкими параметрами: Fнорм, м2; n; z;

11 Проводим проверку выбранного аппарата, определив коэффициенты теплоотдачи со стороны конденсирующегося водяного пара (a1) и нагреваемой жидкости (a2) по критериальным уравнениям соответствующего вида и коэффициент теплопередачи К по уравнению (14);

12 Уточняем поверхность теплопередачи (Fрасч, м2) по уравнению

                                          ;

13 Определяем запас поверхности нагрева D, %

                                 .

Если запас поверхности нагрева D достаточен, то аппарат выбран правильно. В противном случае расчет повторяют, приняв другой режим движения, размеры труб и др.

При выполнении расчета (пункт 10) может оказаться, что для заданных исходных величин подходят несколько нормализованных аппаратов. В этом случае необходимо проверить возможность применения каждого из них. Сопоставление конкурентно-способных аппаратов проводят с учетом их массы (таблица X приложения) и гидравлического сопротивления.

 


Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 237; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!