Гидравлический расчет

Скорость хлорбензола в трубном пространстве

ω_тр=G₁/S_тр*ρ=0,49 м/с; ¹

Коэффициент трения определяем по формуле:

λ=0,25*{lg[e/3,7+(6,81/Re_тр)^0,9]}^-2 =0,25*{lg[0,2*10^{- 3}/0,021*3,7+(6,81/60225)^0,9]}^-2 =0,0386;

e=Δ/d=0,2/0,021=9,52 м;

где е-шероховатость труб, Δ-высота выступов шероховатостей

ω_тр.ш=G*z/(π*d_тр.ш²*ρ)=5,55*6/(3,14*0,15²*1029)=0,458 м/с;

Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве равно:

Δp_тр=λ*(L*z/d)* (ω_тр²*p_тр/2)+[2,5*(z-1)+2*z]*(ω_тр²*p_тр/2)+3*(ω_тр.ш²*p_тр/2)=

0,0386*(82,5/0,021)*(0,49²*1029/2)+[2,5(6-1)+2*6]*

(0,49²*1029/2)+3*(0,458²*1029/2)=21998 ПА ≈ 0,02 мПА.

Гидравлический расчет закончен.

Так как ΔР_допол ≥ Δp_тр, то можно считать, что теплообменник для нагрева хлорбензола водяным паром выбран верно.

1 - [1, c 68]

Механический расчет

Компенсатор:

По полученным в ходе расчёта данным выбираем стандартный теплообменник и для него находим стандартный линзовый компенсатор.

Данные по физическим свойствам материалов кожуха и труб:

Коэффициенты линейного расширения кожуха и труб:

λ_к =11,5*10^-6 1/^оС;

λ_тр=11,5*10^-6 1/^оС;

Температура сборки теплообменника t_o=25 ^oC;

Средние температуры t_к =147 ^oC;

t_тр=133 ^oC;

Длина труб L=2 м;

Модуль упругости Е_к=2,1*10⁵ мПА.

При расчете линзового компенсатора вначале вычисляем разность между линейным температурным расширением кожуха и труб:

Δ_к= [λ_к(t_к-t_о)-λ_тр(t_тр-t_о)]LΔt =[11,5*10-6*(147-25)-11,5*10-6*(133-25)]*2*71=

=2,28*10-2=0,0228 м;

Где Δt средняя разность температур кожуха и труб, равная:

Δt=0,5*[‌׀t_т¹+t_т²׀- ׀t_м¹+t_м²׀]= 0,5*[׀30+130׀-׀151+151׀]= 71 ^oC;

Где верхние индексы 1 и 2 относятся соответственно к условиям на входе в аппарат и на выходе из него.

Расчетное число линз в компенсаторе определяем по соотношению:

Z_л=Δ_к/Δ_л= 22/7,5 ≈ 3;

Где Δ_л- компенсирующая способность одной линзы. Полученное значение Z_л округляем до ближайшего целого числа.

Усилие в компенсаторе рассчитываем по формуле:

Р_к= [λ_к(t_к-t_о)-λ_тр(t_тр-t_о)]LЕ_к/М_к= 1,61*10^-4*2*2,1*10⁵/91221= 7,41*10^-4;

Где М_к - параметр многолинзового компенсатора:

М_к=Z_л*П_к= 3*30407= 91221;

Где П_к – параметр однолинзового компенсатора, β_к=D/D_л= 0,6/0,85= 0,7, α_л – коэффициент, зависящий от β_к, Dл, Sл – наружный диаметр и толщина стенки линзового компенсатора; Dв – внутренний диаметр кожуха. ¹

П_к=0,06* α_л*(1- β_к)*D²_в/(πS_л³)= 0,06*0,7*(1-0,72)*0,590²/(3,14*0,0035³)=

=30407.

Данные по линзовому компенсатору:

Теплообменник	Значение одной линзы							Стакан
Dв	Zл	D	L	L1	S	P	М	D1	L2	S1	M
	шт	мм					кг	мм			кг
600	3	850	140	70	3,5		22,1	596	240	3	10,6

1 - [1, c 407]

Выводы

1. В ходе приближённых вычислений площадь поверхности теплообмена составила F = 28,86 м² при коэффициенте теплопередачи К = 500 Вт/(м²*К)

2. По каталогу был выбран кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью теплообмена F = 31 м² при расчете коэффициента теплопередачи по заданному теплообменнику К получился на 106 единиц больше первоначального из этого следует, что первоначально коэффициент теплопередачи, был задан не точно.

3. Запас площади теплообмена для нашего теплообменника составило 8,52%, в то время как уточненный расчет показал, что эта величина равна 7,66% .

4. Из гидравлического расчета следует, что ΔР_допол ≥ Δp_тр, а это означает, что теплообменник для нагрева хлорбензола водяным паром выбран верно.

5. В ходе расчета разности температур было установлено, что оно составило > 50 ^oC из этого следует, что в нашем теплообменнике наблюдается значительное линейное расширение деталей теплообменника чтобы этого избежать на корпус был установлен стандартный линзовый компенсатор с числом линз равной трем.