Расчет поверхности теплообмена в 1-й зоне

Определяем площадь межтрубного пространства для прохода пара:

.

Вычисляем скорость пара в межтрубном пространстве:

,

Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к трубе

, ,

где - эквивалентный диаметр, ; - критерий Нуссельта для пара.

Вычисляем эквивалентный диаметр

, ,

где - смоченный периметр, .

Определяем режим течения пара в межтрубном пространстве

Так как , то режим течения жидкости турбулентный, тогда критерий Нуссельта для пара составит:

Тогда

.

Вычисляем коэффициент теплопередачи в 1-й зоне

, ,

где - толщина накипи, ; - коэффициент теплопроводности материала трубки , ; - коэффициент теплопроводности накипи, .

.

Определяем температурный напор в 1-й зоне

, ,

где - температура воды на границе между зонами, ,

.

.

Поверхность теплообмена 1-й зоны составит

.

Расчет поверхности теплообмена во 2-й зоне.

Будем считать, что в этой зоне коэффициент теплоотдачи от внутрен-

ней стенки трубки к жидкости равен коэффициенту теплоотдачи в 1-ой зоне. Это допустимо, так как свойства воды во 2-й зоне мало отличаются от свойств воды в 1-й зоне.

Коэффициент теплопередачи для 2-й зоны k ₂ определим графоаналитическим методом. Для этого предварительно находим для различных участков перехода теплоты зависимость между удельным тепловым потоком q и перепадом температур t. Высота труб берем равную 4 м.

Определяем величину удельного теплового потока, при передаче теплоты от пара к стенке:

где – безразмерный коэффициент; – предполагаемая высота трубок, .

Вычисляем безразмерный коэффициент

Задавшись рядом значений t₁, рассчитываем соответствующие им величины t₁^0,75 и q₁. Строим кривую t₁ = f(q₁) (рис.3).

Таблица 1

Зависимость t₁ = f(q₁)

t, С	t0,75С	q1, кВт/м2
5 10 15 20 25 30 35 40 45	3,34 5,62 7,62 9,46 11,18 12,82 14,39 15,91 17,37	36,91 62,1 84,2 104,42 123,54 141,66 159,01 175,7 191,94

Определяем плотность теплового потока, при передачи теплоты через стенку:

Задавшись значениями t₂, вычисляем соответствующие им величины q₂. Строим кривую t₂ = f(q₂) (рис.3).

Таблица 2

Зависимость t₂ = f(q₂)

t, С	q2, кВт/м2
5 10 15 20 25	190 380 570 760 950

Вычисляем удельный тепловой поток, при передача теплоты через накипь:

Задавшись значениями t₃, определим соответствующие им величины q₃. Строим кривую t₃ = f(q₃) (рис.3).

Таблица 3

Зависимость t₃ = f(q₃)

t, С	q3, кВт/м2
5 10 15 20 25	87,25 174,5 261,75 349 436,25

Вычисляем удельный тепловой поток, при передача теплоты от накипи к воде:

,

Задавшись значениями t₄, определим соответствующие им величины q₄. Строим кривую t₄ = f(q₄) (рис.3).

Таблица 4

Зависимость t₄ = f(q₄)

t, С	q4, кВт/м2
5 10 15 20 25	25,93 51,86 77,79 103,723 129,645

Рассчитаем средний температурный напор во 2-й зоне .

Рисунок 3. График зависимостей t_i = f(q_i) и t_ = f(q_i)

Складываем ординаты четырех зависимостей, строим кривую температурных перепадов. На оси ординат из точки, соответствующей t₂, проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой t_ = f(q_i). Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим значение удельного теплового потока q_гр, кВт/м².

По рис. 3 Сделаем проверку ∆t₂ при найденном q_гр .

при q₁=159,01 кВт/м² ,

,

,

.

тогда .

Определяем коэффициент теплопередачи во 2-й зоне

.

Находим поверхность теплообмена во 2-й зоне

Суммарная поверхность теплообмена составит:

.

Вычисляем высоту трубок

где – средний диаметр трубок, м;

.

Так как не рекомендуется устанавливать трубки длиной более 5 м, следовательно, необходимо уменьшить длину трубок. Для этого выбираем многоходовой подогреватель. Тогда общее число трубок составит

где - число ходов теплообменника.

.

, примем n=301 шт (Приложение 17)

Определяем D' при n_ст = 301=>

Проведем повторный расчет уже для многоходового теплообменника

Внутренний диаметр корпуса составит:

.

Площадь межтрубного пространства для прохода пара

Скорость пара в межтрубном пространстве

Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к трубе

Эквивалентный диаметр

Смоченный периметр

,

Критерий Рейнольдса для пара:

Режим течения турбулентный, тогда Критерий Нуссельта для пара:

Коэффициент теплоотдачи от пара к трубе

.

Коэффициент теплопередачи в многоходном теплообменнике

Поверхность теплообмена в многоходном теплообменнике

Суммарная поверхность теплообмена:

Вычисляем высоту трубок:

Выбираем ближайшую стандартную длину трубок L = 4 м.