2.2. Выбор оптимального нормализованного теплообменного аппарата
Вариант 3К
М=5360 кг; ∆ртр=40947,6 Па; ∆рмтр=18751,35 Па
Масса труб:
Мтр
=
Пdcр
(34)
Мтр=3,14*0,018*0,002*6*384*7850=2043,7 кг,
где L – длина теплообменных труб.
Доля массы труб от массы всего теплообменника:
с = (Мтр/М)*100 (35)
с=(2043,7/5360)*100=38,1%
Цена единицы массы теплообменника из нержавеющей стали Цн.ст=2,58 р/кг. Цена теплообменника:
Цт = М*Цн.ст (36)
Ц=5360*2,58=13828,8 руб.
Энергетические затраты на прокачивание горячей жидкости по трубам с учетом к.п.д. насосной установки, равного
η = ηн*ηдв*ηпер (37)
ƞ=0,7*0,95*0,95=0,63
составлят:
N1
=
(38)
N1=
=1,32
кВт
Энергетические затраты на прокачивание холодной жидкости по межтрубном пространству составят:
N2
=
(39)
N2=
=1,07
кВт
Приведенные затраты:
П3к=0,3* Цт +( N1 + N2 )*0,02*8000 (40)
П3к=0,3*13828,8+(1,32+1,07)*0,02*8000=4531,04 руб/год
Вариант 4К
М=4350 кг; ∆ртр=31487,9 Па; ∆рмтр=20864,11 Па
Масса труб (по форм. 2.34):
Мтр=3,14*0,018*0,002*6*618*7850=3289,18 кг
Доля массы труб от массы всего теплообменника (по форм. 35):
с=(3289,18/4350)*100=75,6%
Цн.ст = 2,58 р/кг
Цена теплообменника (по форм. 36):
Ц=4350*2,58=11223 руб.
Энергетические затраты на прокачивание горячей жидкости по трубам с учетом к.п.д. насосной установки, равного (по форм. 37)
ƞ=0,7*0,95*0,95=0,63
составляют (по форм 38)
N1=
=1,01
кВт
Энергетические затраты на прокачивание холодной жидкости по межтрубном пространству составят (по форм. 39):
N2=
=1,19
кВт
Приведенные затраты затраты (по форм. 40):
П4к=0,3*11223+(1,01+1,19)*0,02*8000=3721,9 руб/год
Лучшим оказался теплообменник 4К
2.3. Проверочный расчет теплообменного аппарата 4к
Эффективность теплопередачи:
Е2=(t2к-t2н)/(t1н-t2н) (41)
где tк-конечная температура; tн-начальная температура;
Е1=(t1н-t1к)/(t1н-t2н)=Е2R (42)
N1=kF/G1c1=N2R
814,3*138,9/20*4190=1,19*1,13
1,349=1,345
Эффективность теплопередачи равен:
E2 = 1-exp[N2(R-1)]/1-Rexp[N2(R-1)] (43)
E2=(1-exp[-1,19(1,13+1)])/(1,13+1)=0,43
Конечные температуры теплоносителей определяют по найденным эффективностям:
t2к = t2н+E2(t1н-t2н) (44)
t2k=20+0,43(112,5-20)=59,7
t1к = t1н+E1(t1н-t2н) (45)
t1k=112,5-0,76(112,5-20)=41,2
Заключение
В ходе выполнения курсового проекта были рассчитаны четыре предложенных варианта кожухотрубчатых теплообменников. Расчеты показали, что применительно к заданным условиям возможно использование всего двух вариантов- теплообменника 3К и теплообменника 4К. Полученные значения гидравлического сопротивления для этих теплообменников, позволили сделать вывод о том, что более предпочтительным является теплообменник 4К. Следующим действием был выбор оптимального нормализованного теплообменного аппарата расчетным путем, используя затраты на обслуживание аппарата. Результаты этого расчета подтвердили преимущество кожухотрубчатого теплообменника 4К. Для исключения ошибки в расчетах был проведен проверочный расчет данного теплообменного аппарата, который ошибки не выявил (небольшие различия полученных значений объясняются погрешностью округлений и составляют менее 3%).