Проектування теплообмінного апарату для охолодження азоту атмосферним повітрям температурою 15 С (Технологічний і теплотехнічний розрахунок апарату)

3.Технологічний і теплотехнічний розрахунок апарату

Складаємо схему процесу теплопередачі

Малюнок 2 Схема процесу теплопередачі 

Приймаємо ,що повітря в теплообміннику нагрівається до 40 С.

Температурна схема процесу:

Середня різність температур:

                                                               3.1

Середня температура повітря:

Середня температура азоту:

Кількість тепла, передаваєме от азоту до повітря:

де-об’ємний розхід азота

    -середня удільна теплоємкість азоту          ,

    -удільна маса азоту при 0,

    

Розхід повітря:

де-середня удільна теплоємкість повітря ,;

Об’ємний розхід повітря

де- удільна вага повітря при 0°Сі при 760 мм.рт.ст.,

Орієнтовний критерій Re=24000.Швидкість повітря в трубному просторі , тоді площа прохідного сечения  трубного простору буде рівна:

Необхідна кількість трубок:

де-внутрішній діаметр трубки,

Необхідний діаметр апарату дорівнює:

де К  - коефіцієнт запасу, К=0,8

t – крок розположення трубок, t= 1,2d_н  +0,002;

де d_н –зовнішній діаметр трубок

, t= 1,2 ∙0,025 +0,002=0,032 м

Згідно з (6) табл.6.7 підбираємо стандартний теплообмінник з діаметром Д=1000 мм, довжиной трубок l=3 м, поверхністю  теплообміну F=182 м².Тоді кількість трубок в апараті :

Площа прохідного сеченія  трубного простору:

Швидкість повітря в трубному просторі:

=19,2 м/c

Площа прохідного сеченія міжтрубного пространства:

 м²

^{Швидкість азоту в між трубному просторі:}

Визначимо критерій Re в трубному і між трубному просторі:

де- в’язкістьазоту при t=55,1℃,Па∙с;

-еквівалентний діаметр для між трубного простору,

де- в’язкість повітря при t=22,5℃,Па∙с;

-еквівалентний діаметр для трубного простору,

Визначимо термічний опір стальної стінки і слоїв забрудненої стінки.

Згідно (5)с.446 приймаємо теплову провідність забрудненої зі сторони повітря,а зі сторони азота 

    , теплопровідність сталі  .

Тоді  

де    - товщина стінки трубки,

Розрахуємо коефіцієнт тепловіддачі для азоту .Так як Re>10000,то критерій Nu буде :

Nu=0.356Re^0.6

Де-коефіцієнт , враховуючий вплив кута  отаки ,

Nu=0.35611325^0.6=57,8

Де -теплопровідність азота при55,1,

Розрахуємо коефіцієнт тепловіддачі для повітря .Так як Re10000, то критерій Nu :

Nu=0.023Re^0,8

-теплопровідність повітря при 22,1 ,

Nu=0.02326867^0,8=70,5

88,6

Тоді   коефіцієнт теплопередачі буде дорівнювати:

Тоді необхідна поверхність теплообміну:

Удыльна теплова навантаження:

q=K

q=3632,6=724

4.Констуктивний розрахунок апарату

Розрахуємо діаметри штуцерів апарату .Діаметр штуцера для ввіду і вивіду азота буде дорівнювати:

=

Де -об’ємна витрата азота,

-прийнята швидкість газу в штуцері,

=

Діаметр штуцера для вводу і вивіду повітря :

=

де-об’ємна витрата повітря ,=4,7

-прийнята швидкість повітря в штуцері,=19

=м

В залежності від значення умовного тиску P_y= P_y^{`</sup>=0.3.мПаі умовних проходів d<sub>y</sub>=d<sub>ш</sub>=0,3м, d<sub>y</sub><sup>`}=d_ш^`=0.5м.,згідно ГОСТ 10802-64 вибираємо розміри сталевих труб .В першому випадку зовнішній діаметр труби дорівнює d_н=0,299 м , а в другому  d_н=0,5 м .

Товщину стінки труби розраховуємо наступним чином.