2.2 Проектировочный расчет теплообменника

Составим уравнение теплового баланса

; (2.1)

. (2.2)

Подставив исходные данные, получим

42,6*2630*(-323)=0,95*17,5*2660*(265-242)

=332 С.

Количество передаваемого тепла

10171170,5 Вт.

Поверхность теплообменного аппарата определяется по формуле

, (2.3)

где К_ор - ориентировочный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

∆t_ср- средний арифметический температурный напор между теплоносителями, °С;

Q- тепловой поток в аппарате.

Для предварительного выбора теплообменного аппарата принимаем К=225 Вт/(м²∙К), как при передаче тепла от органических жидкостей.

(2.4)

Величины температурных перепадов на концах аппарата Δt_б и Δt_м

Δt_б = 323– 242 = 81 °C;

Δt_м =332 – 265 = 67 °C;

°C

Подставив полученные данные рассчитаем площадь поверхности теплообмена аппарата

F =м².

Произведем подбор по каталогу [2] всех типов теплообменных аппаратов, которые могут быть применены при заданной поверхности теплообмена.

Выберем теплообменный аппарат типа ТП, у которого:

- диаметр кожуха внутренний D=500 мм;

- число ходов по трубам 2;

- наружный диаметр труб d=25 мм;

- поверхность теплообмена при длине прямого участка труб l=6000 мм, F=62,2 м²;

- площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,0228м²;

- площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,063 м².

2.3 Уточненный расчет теплообменника

Поверхность теплообменного аппарата вычисляется по формуле

, (2.5)

Где К_ут - уточненный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений, который вычисляется по формуле

, (2.6)

где α₁ и α₂ - коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях трубок;

S_ст и λ_ст- толщина стенки и теплопроводность материала. В расчетах принимаем = 30 Вт/(м·К) [6].

Коэффициенты α₁ и α₂ зависят от режима движения теплоносителя и физических свойств самих продуктов.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в трубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формулам

, (2.7)

где G_тр - расход воды, кг/с;

ρ_тр- плотность воды, кг/ м³;

f_тр- площадь проходного сечения по трубам, м².

Подставив данные, получим

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле

; (2.8)

.

Так как критерий Рейнольдса>10000 – движение турбулентное.

Для турбулентного режима рекомендуется следующая зависимость

, (2.9)

где - критерий Нуссельта,

Критерий Прандтля определяется по формуле:

. (2.10)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле:

(2.11)

Подставив данные, получим

;

;

.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в межтрубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формуле:

, (2.12)

где G_мтр- расход стабильного бензина, кг/с;

ρ_мтр- плотность стабильного бензина, кг/ м³;

f_мтр- площадь проходного сечения по межтрубному пространству, м².

Подставив данные, получим

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле:

; (2.13)

.

Так как Re> 10³ , то критерий Нуссельта находится по следующей формуле:

(2.14)

где с, n – коэффициенты, зависящие от способа размещения труб. Для труб, расположенных по вершинам квадратов с=0,38, n=0,6;

ε_φ – коэффициент, зависящий от многоходовости, для стандартных теплообменных аппаратов ε_φ= 0,6.

Найдем значение критерия Прандтля по формуле:

. (2.15)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле:

. (2.16)

Подставив данные, получим

;

;

.

Рассчитаем уточненный коэффициент теплопередачи

Найдем уточненную поверхность теплообменного аппарата

м².

Таким образом, уточненная площадь теплообмена оказалась меньше площади теплообмена по каталогу, поэтому принимаем решение использовать выбранный тип теплообменного аппарата.

Результаты расчетов теплообменного аппарата сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Результаты расчетов теплообменного аппарата

Тип теплообменного аппарата	ТП
Давление в трубном пространстве, МПа	2,4
Давление в межтрубном пространстве, МПа	2,7
Температура в трубном пространстве, ºС	282,5
Температура в межтрубном пространстве, ºС	170
Диаметр кожуха внутренний D, мм	500
Число ходов по трубам	2
Наружный диаметр труб d, мм	25
Длина прямого участка труб l, мм	6000
Поверхность теплообмена F, м2	62,2
Площадь проходного сечения одного хода по трубам fтр, м2	0,0228
Площадь проходного сечения по межтрубному пространству fмтр, м2	0,063

Вывод

В данном разделе нами были проведены расчеты по определению тепловой мощности аппарата Q, она составила 0,102 МВт, а также проведены ориентировочный и уточненный расчеты поверхности теплообмена, в результате чего был выбран теплообменный аппарат с компенсатором 600 ТК-2,5-4-М1/25Г-6-К-4-У-И по ТУ 3612-023-00220302-01,Холодильник с линзовым компенсаторм горизонтальный ТП, с диаметром кожуха D = 500 мм, на условное давление в трубах P_у = 2,5 Мпа и в кожухе P_у = 2,5 Мпа материального исполнения М1, с гладкими теплообменными трубками диаметром d = 25мм, длиной L = 6м, расположенными по вершинам квадратов, 2-х ходовой по трубному пространству, умеренного климатического исполнения, с креплениями для теплоизоляции, у которого поверхность теплообмена составляет F = 62,2 м², площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,0228 м², площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,063 м².