4 Вычисление коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи является функцией коэффициента теплоотдачи и . Теплообмен трубок ( и ). Термическое сопротивление теплопроводимости стенки определим по следующей формуле

(22)

где - толщина стенки теплообменника трубки

коэффициент теплопроводности

Коэффициент конвективного теплообмена от горячего газа к стенке вычисляется по критериальному уравнению теплоотдачи при продольному движению теплоносителя в каналах, и в зависимости от числа Рейнольдса, характеризуется режимом вынужденного движения теплоносителей

(23)

При развитом турбулентном режиме

Теплоотдача может быть определена как функция критериев подобия, включая величины, которые характеризуют данный процесс.

Считаем, что для данного отношения число Прандтля

тогда число Нуссельта можно вычислить по формуле:

(24)

Подставляя из (23) в (24), получим:

Коэффициент теплоотдачи определим по соотношению

(25)

ккал.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к холодному газу вычисляем как для случая теплоотдачи, при поперечном обмывании труб.

Принимаем шахматное расположение труб в пучке, при котором условия теплоотдачи наиболее благоприятны и обеспечивают компактность теплообменника.

(26)

Критерий Нуссельта при шахматном расположении труб в пучке определяется по следующей формуле

(27)

Коэффициент теплопередачи определим по формуле для 3-его и последующих рядов

5 Выбор параметров теплообменника

В соответствии с конструкторскими возможностями колонны синтеза аммиака проектируемый теплообменник должен быть одноходовым по трубному пространству, поэтому общее число труб «n» при известном расходе и скорости движения теплоносителя можно определить по следующей формуле, которая укажет общее число труб:

(28)

;

(29)

штук.

Определим при выбранном расположении необходимое количество труб. Число их на стороне и диагонали наибольшего шестиугольника, вычислим:

(30)

(31)

Где а - число труб на стороне

в - число труб на диагонали

В правильном шестиугольнике можно разместить одну трубу, число труб определим:

(32)

штук.

Принимаем конструкцию аппарата, в центре которого трубы не располагаются, так как в верхней трубной решетке в центре должен быть расположен патрубок для выхода холодного газа из межтрубного пространства, внутренний диаметр патрубка зависит от расхода и скорости теплоносителей, и может быть определен из равенства:

(33)

(34)

Извлекаем корень из известной величины

(35)

Скорость холодного газа в патрубке на выходе принимаем 5 м/ с.

Плотность холодного газа определим для температуры

Коэффициент сжимаемости газа

Плотность холодного газа:

Для патрубка вывода холодного газа подбираем стандартную трубу мм и внешнюю.

Принимаем стандартную согласно сортамента труб диаметр наружный мм ( ) соответственно диагонали шестиугольника ограничивающейся часть пучка без труб. Тогда число , размещающейся на этой диагонали можно подсчитать:

(36)

где - расстояние между осями труб, зависящее от наружного диаметра труб.

Определим из формулы (36) .

К расчету принимаем, что , то число труб размещающихся на диагонали:

(37)

Число труб должно быть целым и нечетным, значит принимаем: , тогда

(38)

На внутреннем ряду размещается труб, то есть соответственно по формуле (32) записать

Число труб в пучке, ограничивающееся в шестиугольнике на стороне, которая размещает число труб , тогда :

(39)

Для обеспечения принятой скорости

Требуется , а в пучке может учитываться

Следовательно, … труб следует разместить в шести сегментах за сторонами шестиугольника. Первым рядом труб на проекции пучка является шестиугольник с числом труб на стороне , то число труб по рядам:

(40)

Всего труб на остальных рядах после 2-ого ряда осталось:

(41)

Поскольку, турбулентный поток, присущий данному пучку начиная с 3-его ряда труб, поэтому средний коэффициент теплоотдачи примем в качестве исходного . Тогда средний коэффициент теплоотдачи для всего трубного пучка определится

(42)

Где - коэффициент отдачи от стенки холодному газу.

и - поправочный коэффициент от угла атаки.

- согласно экспериментальным данным принимаем

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи.

Толщина стенки принятых труб.

(43)

Коэффициент теплопроводимости стальных труб:

(44)

Коэффициент теплопередачи при отношении

Определяется при следующей зависимости

(45)

(46)

Подставляем ранее полученные данные

Газовые смеси, участвующие в теплообмене подвергаются тщательной очистке, чтобы они не загрязняли поверхность теплообменника, по этому коэффициент использования поверхности теплообменника , тогда расчеты значения коэффициента теплопередачи ...

(47)

Поверхность теплообменника рассчитывается:

(48)

(49)

где - тепловая нагрузка аппарата.

Средняя температура газа в теплообменнике

Принимаем поверхность с некоторым запасом.

Температуры стенки со стороны горячего вычислим:

(50)

средняя температура горячей среды газа.

Температуру стенки с холодной стороны вычислим:

(51)

Находим и

Физические свойства теплоносителя характеризуется числом Прандтля .

Для температуры стенки число Прандтля для горячего и холодного газа остается постоянной

(52)

где - расчетный диаметр трубы теплообменника

- длина труб

число труб

(53)

Данная формула справедлива для случая, когда значения и соизмеримы, тогда:

Рассчитать диаметр внутреннего корпуса теплообменника

(54)

Принимаем стандартный размер