ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата

В результате выполнения теплового расчета определяются расчетные характеристики процесса, а также те размеры аппарата, которые зависят от них.

3.1 Рассчитывают тепловую нагрузку

- по нагреваемой жидкости;

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , Вт (12)

где с – теплоёмкость жидкости при её средней температуре, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; G – производительность по нагреваемой жидкости, кг/с; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - соответственно температура жидкости на входе и выходе, К;

- по конденсирующему пару:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , Дж/с(13)

где D – производительность по пару, кг/с; i – энтальпия пара, Дж/кг; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - теплоемкость конденсата, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - температура конденсата, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (принимается на несколько градусов ниже температуры конденсации пара).

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru кг/с

3.2 Определяют среднюю разность температур при конденсации пара при нагреве жидкости:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (14)

где ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - температура конденсации пара (температура насыщения), ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru .

При перекрестном и смешанном потоке теплоносителей среднюю движущую силу вычисляют с введением коэффициента ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru по следующим формулам:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , (15)

где ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru на схемах рисунка 2 соответствуют значениям температур греющего агента и продукта. Коэффициент определяется по графикам в зависимости от схемы потоков и соотношения температур теплоносителей.

   

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru

Рисунок 5. – Схемы движения теплоносителей при смешанном токе в кожухотрубных теплообменниках: а) один ход в межтрубном пространстве аппарата и два и более ходов в трубном пространстве; б) один ход в межтрубном пространстве с поперечными перегородками, двумя и более ходов в трубном пространстве; в) два хода в межтрубном пространстве с поперечными перегородками и четырьмя ходами в трубном пространстве.

3.3 Определяют коэффициент теплоотдачи от пара стенке, пользуясь таблицей приложения 5:

а) для вертикальной трубы:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (16)

где A - коэффициент физических констант;

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (17)

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - плотность ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; l - коэффициент теплопроводности, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; m - коэффициент динамической вязкости, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; r - удельная теплота конденсации пара, Дж/кг; D t - разность температур конденсации и стенки трубы, К; H - высота трубы, м.

б) для горизонтальной трубы

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (18)

Коэффициент А обычно определяют по температуре пленки конденсата ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , принимая ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru .

Удельная теплота конденсации пара r принимается по температуре пара. Выбор ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru обычно бывает затруднен и требует многократного пересчета. В связи с этим целесообразно заранее рассчитать ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru для ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru значений ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru в пределах ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru . При этом параметр А берется для средней температуры пленки, принимая ее на ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ниже температуры пара.

Далее рассчитывается тепловая нагрузка по теплоотдаче от пара к стенке для ряда принятых параметров температур:

а) для вертикальной трубы:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (19)

б) для горизонтальной трубы:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (20)

3.4 Вычисляют коэффициент теплоотдачи от стенки трубы движущейся жидкости ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru .

Для интенсификации процесса в теплообменниках-нагревателях движение жидкости осуществляется в турбулентном режиме (Rе > 10 000 ). При этом условии:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (19)

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (20)

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (21)

где ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - кинематический коэффициент вязкости жидкости, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - действительная скорость движения жидкости по трубам, м/с; dвн - -внутренний диаметр труб, м; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - плотность жидкости, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - динамический коэффициент вязкости жидкости, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; с - теплоемкость жидкости, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - коэффициент теплопроводности жидкости, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru .

Параметры жидкости ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru берутся по средней температуре жидкости: ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru или ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru .

Критерий Прандтля Pr - не зависит от кинематических характеристик. Pr для параметров жидкости при температуре стенки находится для той же жидкости но при температуре стенки. Температура стенки со стороны жидкости будет выше средней ее температуры на ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru . Следует заметить, что эта температура не может быть выше температуры стенки, принятой со стороны пара при вычислении.

3.5 Определяют коэффициент теплопередачи через стенку по формуле:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (22)

где ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - коэффициенты теплопроводности материала стенки и накипи, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - толщина стенки трубы и накипи, м;

При выполнении многовариантного расчета следует рассчитать термическое сопротивление стенки без учета теплоотдачи со стороны пара, полагая ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru постоянным:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (21)

Далее рассчитывается ряд значений тепловой нагрузки по формуле:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (22)

Результаты вычислений ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru и ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru для принятых значений вносят в обобщающую таблицу 1.

Таблица 1. – Расчетные параметры аппарата.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru          
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru
q          
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru          

По результатам расчетов строится график ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , по которому находится действительное значение ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru .

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru

Рисунок 6. – Определение действительной температуры стенки аппарата.

Для точного расчета коэффициента теплопередачи следует сначала определить величину ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , подставив в формулу значение температуры стенки ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , найденное по графику. Затем рассчитывается значение коэффициента теплопередачи по формуле 22.

3.6 Рассчитывают поверхность теплопередачи:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru . (23)

3.7 Рассчитывают длину пути, проходимого жидкостью по трубам L (общая длина ходов):

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , м (24)

где ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - расчетный диаметр теплопередачи, принимаемый:

при ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ;

при ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru ;

при ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru

3.8 Определяют длину одного хода для горизонтального аппарата:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru (25)

3.9 Определяют ориентировочный расход пара

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru , кг (26)

где К – коэффициент запаса, (1,15 – 1,2); ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - энтальпия пара, определяемая по его давлению, Дж/кг; ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru - теплоемкость конденсата, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ кожухотрубного теплообменного аппарата - student2.ru .

Наши рекомендации