Расчет кожухо-трубчетого теплообменика

Расчет  кожухо трубчетого теплообменика 

 

 Ориентировочный  расчет теплообменного аппарата  для подогрева  исходного раствора перед подачей в выпарной аппарат.

 

 

Определение средних температур теплоносителей.

Рис. 1 Температурная  схема

 

где t’нач – начальная температура исходного раствора (по заданию)

Dtбол, Dtмен – большая и меньшая разность температур соответственно, °С;   tнач – температура исходного раствора после подогревателя, °С ;

 

Dtб = tконд.гр.п – t’нач      

Dtб = 130 – 30 =100 °С

 

                           Dtм = tконд.гр.п – tнач   

Dtм = 130 – 104,1 = 25,9 °С

 

Значение  средней движущей силы рассчитывается по формуле:

 

 

 

Средняя температура  раствора:

 

                                tср.р = tконд.гр.п – Dtср             

 

tср.р =130 –54,88=75,12 °С

 

Тепловой баланс подогревателя.

 

Расход теплоты  на подогрев исходного раствора от температуры t’нач до температуры tнач найдем по формуле, приняв значение теплоёмкости раствора при температуре и концентрации Хнач

t_1н=30⁰С

t_1к=104,1⁰С

G₁=0,6кг/с

λ₁=0,78Вт/мК

С₁=4120Дж/кг∙К

μ₁=0,000105Па∙с

t_2н=130⁰С

t_2к=110⁰С

r₂=2207кДж/кг

х=0,95

Q=G_o∙C₁(t_1к-t_1н)=0,6 4120 (104,1-30)=183175,2 Вт

 

Расход греющего пара Gгр.п. найдём по формуле:

 

кг/с    

 

где r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;

c - степень сухости пара;

 

c=0.95

 

Удельная  теплота парообразования при  температуре tконд.гр.п

 

r=2207x10³ Дж/кг

 

Ориентировочный расчет подогревателя.

 

Для обеспечения  интенсивного теплообмена необходимо обеспечить турбулентный режим течения, он достигается при Re более 10000. Зададимся:

Re=10000

Такой режим  возможен в теплообменике, у которого число труб, приходящиеся на один ход равно

Для труб диаметом d=20×2

 

Для труб диаметом d=25×2

 

Оринтировочное значение поверхности  теплобменна составит

 

Зададимся ориентировочным  коэффициентом теплопередачи от конденсирующегося пара к жидкости

 

К_ор.мин=120 Вт/(м2 К)

 

Рассчитаем  ориентировочную площадь теплообмена  по формуле ;

 

м2

Так как данным условиям подходят только много ходовые  теплообменики и средняя движущая сила в них меньше, то находим  оринтировочную поверхность с поправкой

 

 

Находим по графику

ε_Δt=0.85

Δt_ср = 54,88∙0,85 = 46,64

м2

Теперь имеет смысл провести уточненный расчет следующих вариантов

1.D=325мм, 20×2 мм, z =2, n/z =90/2 =45

2.D=325мм, 25×2 мм, z =2, n/z =56/2=28

 

Уточненный  расчет поверхности теплопередачи

Вариант 1

 

 

Коэффициент теплопередачи к жидкости движущейся по трубам турбулентно равен

 Вт/м²К

Коэффициент теплопередачи пара движущейся в межтрубном пространстве  равен

 Вт/м²К

ε=0,6 коэффициент зависящий от содержания воздуха в паре

сумма термических сопративлений  стенки и загрязнений равна

 Вт/м²К

α_ст= 17,5 теплопроводность нержавеющей стали

 r1=r2=1/2900 Вт/м²К термические сопротивления загрязнений

Коэффициент теплопередачи равен

 Вт/м²К

Требуемая поверхность составляет

 

Следовательно из выбраного ряда подходит теплообменик  с трубами длиной L=1,5 и номинальной поверхностью F₁=8,5 м²

 

Масса теплообменика М=510 кг

 

Вариант 2

 

 

Коэффициент теплопередачи к жидкости движущейся по трубам турбулентно равен

 Вт/м²К

Коэффициент теплопередачи пара движущейся в межтрубном пространстве  равен

 Вт/м²К

ε=0,6 коэффициент зависящий от содержания воздуха в паре

сумма термических сопративлений  стенки и загрязнений равна

 Вт/м²К

α_ст= 17,5 теплопроводность нержавеющей стали

 r1=r2=1/2900 Вт/м²К термические сопротивления загрязнений

Коэффициент теплопередачи равен

 Вт/м²К

Требуемая поверхность составляет

 

Следовательно из выбраного ряда подходит теплообменик  с трубами длиной L=1,5 и номинальной поверхностью F₁=6,5 м²

 

Масса теплообменика М=485 кг

Выбираю второй вариант теплообменика  так как он удолетворяет  всем требованиям  и при этом имеет  менший вес чем первый вариант .