Расчет и проектирование теплообменного аппарата (давление греющей среды (пара) - 0,17 МПа, энтальпия греющей среды (пара) - 2393 кДж/кг)

1 Исходные данные

Дана схема теплообменного аппарата.

Рисунок 1 Схема теплообменного аппарата

Давление греющей среды (пара),: .

Энтальпия греющей среды (пара), : .

Энтальпия дренажа греющего среды (пара), : .

Давление нагревающей среды (воды), : .

Энтальпия на входе нагреваемой среды (воды),: .

Энтальпия на выходе нагреваемой среды (воды),:

Температура на входе нагреваемой среды: .

Расход греющей среды (пара):

Расход нагреваемой среды (воды):.

2 Уточнение исходных данных

Перед началом проектирования необходимо уточнить исходные данные и содержание задания, изучить условия эксплуатации и сметные возможности по капитальным затратам и на основании проведенного анализа выбрать принципиальную конструкцию будущего аппарата.

Необходимо составить уравнение теплового баланса для проверки исходных данных.

где  расход греющей среды, кг/с;

 энтальпия пара, кДж/кг;

 энтальпия дренажа, кДж/кг;

 энтальпия конденсата поступающего из вышестоящего теплообменного аппарата, кДж/кг;

 расход нагреваемой среды, кг/с;

  энтальпия на выходе и на входе соответственно, кДж/кг;

энтальпия на входе нагреваемой среды, кДж/кг.

3 Разбивка теплообменного аппарата на зоны с различными условиями теплообмена

3.1 Разбивка теплообменного аппарата на зоны

Необходимость учета зоны ОП определяется, если выполняется условие:

т.к. условие выполняется, зону ОП учитываем.

Необходимость учета зоны ОП определяется, если выполняется условие:

,

т.к. данное условие выполняется, следовательно, необходимо учитывать зону ОД.

Появление новой зоны приводит к необходимости уточнения расхода пара на подогреватель , а так же определение неизвестной температуры на выходе из зоны ОП и ОД, . Для нахождения неизвестных величин необходимо составить и решить совместно уравнения теплового баланса для каждой выделенной зоны теплообмена:

где    энтальпия пара на выходе из зоны ОП и дренажа на выходе из ОД соответственно,:  

Из системы уравнений теплового баланса, расход пара на подогреватель,    , энтальпия на выходе из зоны ОП и ОД,  

Разбив теплообменный аппарат, на три зоны ОП, ОД и СП, схема его будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 2 Схема теплообменного аппарата с зонами ОП, СП и ОД

4 Определение эскизной площади поверхности теплообмена

4.1 Методика определения эскизной площади поверхности теплообмена

Конструктивный расчет теплообменного аппарата начинается с определения значений поверхности теплообмена , :

где  - площадь поверхности зоны охладителя пара, ;

 - площадь поверхности зоны собственного подогревателя, ;

 – площадь поверхности зоны охладителя дренажа, ;

где  – тепловая нагрузка для i– зоны теплообменника, Вт, определяется из уравнения теплового баланса соответствующей зоны;

– коэффициент теплопередачи для i– зоны теплообменника,  

 – средний температурный напор для i– зоны теплообменника ,.

Средний температурный напор можно найти из следующей формулы:

а при   средний температурный напор можно рассчитать по формуле:

где  ,  - соответственно большая и меньшая разность температур теплоносителей, , определяемая для разных схем тока следующим образом:

Рисунок 3 Графики температурных напоров при противоточной схеме движения теплоносителей

для противоточной схемы большая и меньшая разность температур будет определяться как:

,

, индекс «б» ставится у того температурного напора, который больше из двух