Расчет кожухотрубчатого теплообменника. Технологический и механический расчет

Страницы работы

Содержание работы

3. РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные

Параметры  теплоносителей

Обозначение

Единица измерения

ТВГ

Вода

Массовый расход

Gm

кг/ч

37 000

90 000

Объемный расход

Gv

м3

45

90

Температура входа

tн

0С

200

25

Температура выхода

tк

0С

90

Плотность

ρ

кг/м3

830

996

Вязкость кинематическая

γ

м2

0,000004226

0,000000801

Теплоёмкость

с

Дж/(кг∙К)

2 289

4 178

Теплопроводность

λ

Вт/(м∙К)

0,140

0,616

3.1 Технологический расчет

3.1.1 Тепловой расчет

Т.к. агрегатное состояние теплоносителя не меняется, то тепловую нагрузку можно рассчитать по формуле:

Q =  G1 ∙ с1 (t1н  - t),          (3.1)

где G1 – массовый расход гудрона;

С1 – удельная теплоёмкость горячего теплоносителя;

t1н  – начальная температура гудрона;

t1к  – конечная температура гудрона.

 Q = 10,3 кг/с ∙ 2289 Дж/(кг∙К)∙(200 - 90) = 2593437Вт.

Конечную температуру воды определяем по формуле:

                                                                   (3.2)

где  G2 – массовый расход воды;

С2 – удельная теплоемкость воды;

t2н  – начальная температура воды.

   0С.

Действительная средняя разность температур определяется по формуле:

                      ,             (3.3)

где  – большая разность температур теплоносителей;

 – меньшая разность температур теплоносителей.

Ориентировочная площадь поверхности теплообмена определяем по формуле:

;              (3.4)

где  Кср = 120 ÷ 270 Вт/м2∙К - ориентировочный коэффициент теплопередачи,  для теплообмена от жидкости к жидкости (углеводороды, масла).

   

Теперь необходимо выбрать теплообменный аппарат. Так как разность температур между гудроном и водой значительна, то по ГОСТ 12246-79 необходимо подобрать кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой. Параметры выбранного теплообменника приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Параметры теплообменника

Диаметр кожуха, D

600 мм

Диаметр труб, d

25х2

Число ходов,  z

4

Длина труб , L

6 м

Поверхность теплообмена,  F

94 м2

Площадь сечения одного хода по трубам,  Sтр

0,016м2

Площадь самого узкого  сечения в межтрубном пространстве,Sу.с.

0,074 м2

Далее осуществляем уточненный расчет поверхности теплообмена.

В расчётах примем, что в трубное пространство будет подаваться горячий теплоноситель (ТВГ). Холодный теплоноситель будет подаваться в межтрубное пространство.

Сначала определяемый коэффициент теплоотдачи для ТВГ, движущегося в трубном пространстве.

Критерий Рейнольдса будет равен:

                                                                         (3.5)

где d = 0,021 – внутренний диаметр трубки .

.

Так как 2300<Re1<10000, то режим движения ТВГ по трубам – переходный.

Критерия Прандтля будет равен:

 

В переходном режиме надежных расчетных формул для определения критерия Нусельта нет. Приближенный расчет можно выполнить по графику, приведенному в /5/.

.

Определение коэффициента теплоотдачи  ТВГ:

Затем определяем  коэффициент теплоотдачи воды, движущейся по межтрубному пространству

Критерий Рейнольдса равен:

Так как Re2 > 10000, то режим движения воды по межтрубному пространству – турбулентный.

Критерий Прандтля равен:

Определение критерия Нуссельта:

Определение коэффициента теплоотдачи  воды.

Далее находим суммы термических сопротивлений и загрязнений

                           ,                              (3.6)

где δ – толщина стенки (0,002 м).

Горячий теплоноситель - ТВГ. В соответствии с таблицей 2.2 /6/, примем термическое сопротивление загрязнения  1/rз1 = 2900 Вт/м2 ∙ К.

Холодный теплоноситель - вода. В соответствии с таблицей 2.2. /6/, примем термическое сопротивление загрязнения 1/rз2 = 1400 Вт/м2 ∙ К.

С эксплуатационной точки зрения, в качестве материала для трубного пучка выгоднее взять сталь нержавеющую, с теплопроводностью λст = 17,5 Вт/м2 ∙К.

Коэффициент теплопередачи равен:

Определяем температуры стенок и среднюю температуру стенки трубы:

tст1 = tср1 – КDtср/a1 = 139,1 – 315,9∙101,7/575,3  = 83,2 °С;

tст2 = tср2 + КDtср/a2 = 37,4 + 315,9∙101,7/3937,5 = 45,6 °С;

tст.ср = (tст1 + tст2)/2 = (83,2 + 45,6)/2 = 64,4 °С.

Требуемая поверхность теплообмена составит:

.

Выбранный холодильник удовлетворяет по площади поверхности с запасом:

3.1.2 Гидравлический расчет

Осуществляем расчет гидравлического сопротивления трубного пространства.

Скорость жидкости в трубах определяется по формуле:

                          ,                           (3.7)

где z – число ходов;

n – общее количество труб.

Найдём критерий Рейнольдса для определения коэффициента трения:

Режим движения жидкости в трубах - переходный, следовательно, критериальное уравнение примет вид:

Похожие материалы

Информация о работе