2.5 Определение основных размеров теплообменника.

Площадь поверхности теплообмена F, м2, определяется из основного уравнения

теплопередачи

F = принимаем F=10м2, (27)

где Q - тепловая нагрузка теплообменника, Вт, это количество теплоты,

полученное холодным теплоносителем; определяется по уравнению

Q = GC(t2k – t2н)=3,05*3828,2(78-17)=712236,6, (28)

где G и С - расход нагреваемой жидкости, кг/с, и ее теплоемкость, Дж/кг·К.

Общая длина труб теплообменника L, м, рассчитывается по уравнению

L = (29)

где dcp - средний диаметр развертки трубы, м,

при α1 α2 dcp=dв;

при α1 α2 dcp=0,5(de+dн)=0,5(0,02+0,025)=0,0225;

при α₁ α₂ d_cp=d_н.

Длина одной трубы (длина теплообменника) определяется по выражению

l = , (30)

где n_T - число реальных труб в теплообменнике.

Диаметр теплообменника D_k, м, рассчитывается по уравнению

D_k = t(в - 1)+4d_н=0,04(11-1)+4*0,025=0,5 м, (31)

где t - расстояние между центрами соседних труб, м;

принимаем t = (1,25 1,4)d_н=1,3*0,025=0,04 м;

в - число труб по диагонали шестиугольника.

Найденное значение диаметра аппарата D_k округляется до стандартного из ряда:

500,550,600,650,700 и т.д.

Лист 16

2.6 Расчет тепловой изоляции теплообменника.

Тепловая изоляция аппаратов необходима для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, уменьшения температуры наружных стенок изоляции (по технике безопасности она не должна быть выше 50°С).

Слой тепловой изоляции обеспечивает необходимое термическое со­противление тепловому потоку от горячей стенки аппарата в окружающую среду (воздух). В качестве тепловой изоляции используют материалы с низким коэффициентом теплопроводности (менее 0,2 Вт/м·К), например: асбест (λ = 0,15), совелит (λ= 0,10), пеностекло (λ= 0,08), стекловата (λ= 0,05 ).

Рассмотрим перенос теплоты в окружающую среду от пара к воздуху через стенку теплообменника и слой теплоизоляции (рисунок №).

Запишем основное кинетическое уравнение теплопередачи для случая расчета потерь тепла в окружающую среду:

Q_n = K_n·F_n·∆t_n, (32)

где Q_n - тецловые потери, Вт;

К_п - коэффициент теплопередачи от пара в окружающую среду, Вт/м²·К;

F_n - площадь наружной поверхности теплообменника, м²;

∆t_n = t_s-t_e - разность температур между паром и воздухом, °С. Температура окружающей среды (воздуха) t_e принимается равной 20 °С.

Коэффициент теплопередачи в окружающую среду K_n при установившемся тепловом режиме рассчитывается по уравнению аддитивности термических сопротивлений:

, (33)

Учитывая, что и , уравнение (33) запишем в упрощенном виде :

+ , (34)

где α_n - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки изоляции в окру­жающую среду (воздух);

- толщина корпуса теплообменника, м,

принимается = 0,005 м (5 мм);

- коэффициент теплопроводности материала корпуса, Вт/(м·К);

- толщина слоя тепловой изоляции, м;

- коэффициент теплопроводности материала изоляции, Вт/(м·К).

Лист 17

Расчет тепловой изоляции проводится в следующей последовательности. Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки изоляции в окружающую среду α_n рассчитывается по эмпирической формуле Линчевского:

α_n = 9,3 + 0,058t_cт2=9,3+0,058*50=12,2. (35)

где t_cm2 - температура наружной стенки изоляции,

принимается t_cm2 = 50 °С.

Коэффициент теплопередачи от пара в окружающую среду рассчитывается по формуле

K_n = α_{n ,} (36)

После выбора изоляционного материала определяется толщина слоя теплоизоляции ,м, по выражению (37), полученному из уравнения (34):

= ( , (37)

Рассчитывается приблизительная площадь наружной поверхности

теплообменника F_n по формуле

F_n = 0,5 м², (38)

где - конструктивная длина теплообменника

(с крышками), м;

- площадь наружной цилиндрической поверхности теплообменника;

0,5 - площадь боковой поверхности крышек.

Потери теплоты в окружающую среду Q_n, Вт, определяются по уравнению (32).

Лист 18