6.1. Тепловой расчет кожухотрубного теплообменика

Тепловой расчет кожухотрубных теплообменников подразделяется на предварительный и уточненный.

Целью предварительного расчета является ориентировочное вычисление поверхности теплообмена и выбор теплообменного аппарата по каталогу. При выполнении предварительного расчета задаются величиной коэффициента теплопередачи.

Уточненный тепловой расчет поводится с целью проверки правильности принятого коэффициента теплопередачи и уточнения величины поверхности теплообмена.

Предварительный тепловой расчет

6.1.1. Руководствуясь рекомендациями, изложенными ниже, решить вопрос о том, какой из теплоносителей направить в трубное пространство и какой в межтрубное.

В трубное пространство целесообразно подавать:

а) теплоносители, имеющие меньший объем, так как сечение трубного пучка всегда меньше сечения межтрубного пространства и при этом легче получить необходимые скорости теплоносителя;

б) загрязненные теплоносители. Высокие скорости в трубах будут препятствовать отстаиванию и выделению взвешенных частиц;

в) теплоносители, находящиеся под давлением. Трубы хорошо сопротивляются давлению и отпадает необходимость уплотнения кожуха;

г) агрессивные теплоносители. В этом случае только трубный пучок и другие части, соприкасающиеся с теплоносителем, должны делаться из коррозионностойкого материала;

д) теплоносители, имеющие очень высокую или очень низкую температуру, так как при этом уменьшаются потери тепла в окружающую среду.

В межтрубное пространство кожухотрубчатых теплообменников целесообразно подавать:

а) теплоносители, имеющие большой объем, и особенно газы при атмосферном давлении, от которых ожидается весьма малая величина коэффициента теплоотдачи;

б) теплоносители с большим коэффициентом теплоотдачи, с целью понижения температурных напряжений в межтрубном пространстве теплообменников жесткой конструкции;

в) насыщенный пар. Его целесообразно подавать в межтрубное пространство потому, что при этом облегчается удаление конденсата.

6.1.2. Выбрать схему движения теплоносителей. Схему движения теплоносителей изобразить графически [9, с.316,318].

В теплообменниках могут иметь место различные схемы движения теплоносителей вдоль поверхности теплообмена:

а) прямоток, когда оба теплоносителя движутся параллельно друг другу в одном направлении;

б) противоток, когда теплоносители движутся параллельно, но в противоположных направлениях;

в) смешанный ток;

г) перекрестный ток.

Наиболее выгодной схемой движения теплоносителей является противоток, так как при этом возможно наибольшее изменение температуры одного из теплоносителей.

При противотоке предел нагрева холодного теплоносителя определяется начальной температурой горячего теплоносителя, а предел охлаждения горячего теплоносителя – начальной температурой холодного.

6.1.3. Определить среднюю разность температур процесса теплообмена (температурный напор, т.е. движущую силу процесса теплообмена).

Для противотока и прямотока

где t_б = t_{н. гор} - t_{к. хол};

t_м = t_{к. гор}- t_{н. хол}

При t_б /t_м  2 среднюю разность температур в теплообменном аппарате с достаточной точностью можно определить, как среднюю арифметическую

t_ср = (t_б + t_м )/ 2

6.1.4. Определить среднюю температуру теплоносителей.

Если разности температур горячего теплоносителя больше разности температур холодного теплоносителя, т.е.

t_гор = (t_{н. гор} - t_{к. гор}) > t_хол = (t_{к. хол} – t_{н. хол})

то

t_ср.хол = (t_{н. хол} + t_{к. хол})/2

t_ср.гор = t_ср.хол + t_ср

Если t_гор < t_хол,

то

t_ср.гор = (t_н.гор + t_к.гор)/2

t_ср.хол = t_ср.гор -t_ср

6.1.5. По справочной литературе [10, с. 3-10,13-14] определить основные физические свойства теплоносителей при средних температурах. Плотность газов при данных условиях рассчитать по формуле [2, c.13].

Для удобства полученные данные целесообразно свести в таблицу.

Таблица 6.1.