Основы расчета теплообменных аппаратов. Расчет теплообменников смешения, страница 4

Конструктивный расчет. Задачей конструктивного расчета теплообменных аппаратов является определение основных размеров аппаратов и выбор их общей компоновки. Исходными данными для конструктивного расчета являются результаты теплового расчета: расходы теплоносителей, скорости их движения, начальные и конечные температуры, поверхность теплообмена.

Для трубчатых аппаратов конструктивный расчет сводится к определению числа или длины труб, размещению их в трубной решетке (с учетом числа ходов) и нахождению диаметра и высоты аппарата. Расчету подлежат также диаметры патрубков штуцеров теплообменника.

Общее число труб теплообменника  при их среднем диаметре  и принятой длине  определяют по поверхности теплообмена

                                          .                                       (23.27)

При заданном расходе жидкости  и принятой скорости ее движения  по трубам с внутренним диаметром  число труб одного хода

                                         .                                      (23.28)

Число ходов в трубном пространстве теплообменника

                                            .                                         (23.29)

В многоходовых аппаратах рекомендуется выбирать четное число ходов, тогда отвод и подвод теплоносителя к теплообменнику осуществляется у одной крышки.

Внутренний диаметр кожуха теплообменника  определяется числом трубок, размещаемых в трубной решетке. Отверстия для труб в трубных решетках размещают равномерно по всему сечению. Такое размещение сравнительно легко осуществляется в одноходовом теплообменнике. В многоходовых теплообменниках, имеющих перегородки, размещение труб производят обычно графическим путем. По геометрической конфигурации различают размещение трубок по вершинам правильных многоугольников и по концентрическим окружностям.

При размещении труб шаг  принимают в зависимости от их наружного диаметра , при закреплении труб развальцовкой , а при закреплении их сваркой . Общее число труб , которое можно разместить на трубной доске по вершинам равносторонних треугольников в пределах вписанного в круг шестиугольника,

                                   ,                               (23.30)

где  – число труб, размещающихся на диаметре трубной решетки:

                                                                           (23.31)

( – расчетная поверхность теплопередачи;  – шаг труб;  – поверхность 1 м трубы принятого диаметра; b – отношение высоты  или длины  рабочей части теплообменника к его диаметру ).

Диаметр трубной решетки или внутренний диаметр кожуха теплообменника

                                   .                                (23.32)

Рабочая длина  одной трубы

                               , или .                            (23.33)

Полная высота теплообменника

                                      ,                                   (23.34)

где – толщина трубной решетки (для стальных труб  мм, для медных труб  мм);  – высота камеры (крышки),  м.

Змеевики располагают в аппаратах таким образом, чтобы они по всей высоте находились в жидкости и со всех сторон не доходили до стенок аппарата на 0,25 – 0,4 м.

При известном внутреннем диаметре аппарата  диаметр витка змеевика  составит

                                .                             (23.35)

Общая длина труб змеевика

                                          .                                       (23.36)

Длина одного витка  змеевика

                                           .                                       (23.37)

Число витков  змеевика определяют из зависимости

                                        ,                                     (23.38)

где  – расстояние между витками по вертикали, .

Для пластинчатых теплообменников при конструктивном расчете определяют: размеры пластин и число каналов в одном пакете, число пластин в каждом пакете и число пакетов в аппарате, общее число пластин и основные размеры аппарата.

Число параллельных каналов в пакете для каждой среды

                                            ,                                        (23.39)

где  – площадь поперечного сечения пакета,  ( – объемный расход теплоносителя,  – его скорость);  – площадь сечения одного межпластинчатого канала.