Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменника для подогрева исходной смеси, насыщенным водяным паром. Начальная температура исходной смеси, в количестве Gсм=5000 кг/ч (1,3889 кг/с), t1н=20 0С, конечная t1к=95 0С.
Давление насыщенного водяного пара составляет 3 атм, температура конденсации насыщенного водяного пара составляет 133 0С; удельная теплота парообразования равна 2171000 Дж/кг.
Потери в окружающую среду примем 5%.
Определяем тепловую нагрузку аппарата:
(5.83)
где 
- теплоёмкость смеси при средней температуре, [2 рис. XI с. 562], Дж/(кг∙К).
Определение расхода горячего теплоносителя:
(5.84)
Определяем полезную разность температур:
Рисунок 10 – Зависимость изменения температуры теплоносителей от поверхности теплообмена.
Ориентировочный выбор теплообменника.
Рассчитываем ориентировочную поверхность теплопередачи Sор.
(5.85)
где Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;
- полезная разность температур, 0С;
- ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, [1 таб. 2.1 с.47], Вт/(м2∙К).
Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи Кор=240 Вт/(м2∙К).
Если у одного из теплоносителей нет изменения агрегатного состояния, в данном случае у исходной смеси, то необходимо задаться турбулентным режимом движения теплоносителя, так как при этом режиме движения жидкости наибольший коэффициент теплоотдачи. Принимаем Re=12000. Стандартные диаметры труб: 25 
2. Тогда при Re=12000
(5.86)
Тогда число труб на один ход составит:
(5.87)
Выбираем теплообменник [1.табл. 2.3 с. 51].
Поверхность теплообмена S=10 м2.
Длина труб L=2,0 м.
Общее число труб n=62 шт.
Число ходов z=1
Диаметр труб d=25x2 мм.
Диаметр кожуха D=325 мм.
Пересчитываем скорость движения исходной смеси:
(5.88)
Пересчитаем критерий Рейнольдса:
(5.89)
Режим движения исходной жидкости, по трубному пространству, переходный, так как 2320<Re<10000.
Рисуем схему теплопередачи через стенку:
Рассчитываем действительное значение коэффициента теплопередачи:
(5.90)
где 
и 
- коэффициент теплоотдачи соответственно от горячего теплоносителя к стенке и от стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м2∙К);
- термическое сопротивление стенки.
Задаёмся tст1=130 0С. Определяем П – коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на пучке вертикальных труб:
(5.91)
Удельное количество тепла передаваемое от пара к стенке:
Определяем термическое сопротивление стенок с учетом загрязнения:
(5.92)
где 
и 
- термическое сопротивление стенки соответственно со стороны насыщенного пара и со стороны смеси, [1 таб. 2.2 с. 48];
- толщина стенки, мм;
- коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м∙К).
Находим температуру стенки со стороны холодного теплоносителя.
(5.93)
Находим коэффициент теплоотдачи от стенки к исходной смеси - см.
(5.94)
где 
- критерий Нуссельта, для переходного режима движения жидкости;
- коэффициент теплопроводности смеси при средней температуре смеси, [2 рис. X с.561], Вт/(м∙К);
- эквивалентный диаметр, мм.
Так как режим движения смеси по трубному пространству переходный, следовательно критерий Нуссельта определим из графика зависимости 
от критерия Рейнольдса в переходной области.
где Pr, Prст – критерий Прандтля соответственно при температуре жидкости и при температуре стенки [2 рис.XIII с.564].
Отсюда находим критерий Нуссельта:
где 
и 
- критерий Прандтля соответственно при средней температуре смеси и температуре стенки:
Тогда критерий Нуссельта:
Подставляя численные значения, получим:
Рассчитываем удельный тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю:
Условием стационарного теплообмена является q=const. q1≠q2.
Снова задаёмся tст1 и повторяем расчёт.
tст1=129 0С. Определяем П – коэффициент теплоотдачи для пара, конденсирующегося на пучке вертикальных труб:
Удельное количество тепла, передаваемое от пара к стенке:
Находим коэффициент теплоотдачи от стенки к исходной смеси - см.
где 
- критерий Нуссельта, для переходного режима движения жидкости;
- коэффициент теплопроводности смеси при средней температуре смеси, Вт/(м∙К);
- эквивалентный диаметр, мм.
Так как режим движения смеси по трубному пространству переходный, следовательно критерий Нуссельта определим из графика зависимости 
от критерия Рейнольдса в переходной области.
где Pr, Prст – критерий Прандтля соответственно при температуре жидкости и при температуре стенки.
Отсюда находим критерий Нуссельта:
где и 
- критерий Прандтля соответственно при средней температуре смеси и температуре стенки:
Тогда критерий Нуссельта:
Подставляя численные значения получим:
Рассчитываем удельный тепловой поток от стенки к холодному теплоносителю:
Условием стационарного теплообмена является q=const. q1≠q2.
Строим график зависимости удельного теплового потока от температуры стенки.
Из графика находим:
Находим истинное значение поверхности теплопередачи
Запас площади составляет:
Оставляем выбранный нормализованный кожухотрубчатый подогреватель исходной смеси от температуры 20 0С до, температуры входа в колонну, 95 0С, эта температура является температурой кипения смеси.
Дата: 2019-07-30, просмотров: 353.
