4. Определение гидравлического сопротивления теплообменника

где L – приведенная длина каналов, м; d_э – эквивалентный диаметр каналов, м; x – число пакетов для данного теплоносителя, w_ш – скорость в штуцерах на входе и выходе; ξ = a₁/Re – для ламинарного движения, ξ = a₂/Re^0,30 – для турбулентного движения. Коэффициенты а₁ и а₁ зависят от типа (площади) пластины:

Скорость жидкости в штуцерах

Диаметр присоединяемых штуцеров d_ш=0,065м

Скорость метанола в штуцерах:

w_ш = 2,7778·4/(765,5750·3,14·0,065²) = 1,0940м/с

Коэффициент трения для метанола:

Гидравлическое сопротивление воды:

Коэффициент a₂ зависит от типоразмера платин. Для пластин площадью 0,3 А=19,6.

Число пакетов 2.

Гидравлическое сопротивление метанола:

Сопоставим заданный напор с расчетным гидравлическим сопротивлением:

850000/132845,7988 >1. Гидравлическое сопротивление воды находится в пределах принятого значения.

Скорость воды в штуцерах:

w_ш = 4,2193·4/(977,8·3,14·0,065²) = 1,2777м/с

Коэффициент трения для воды:

Число пакетов 2.

Гидравлическое сопротивление воды:

Сопоставим заданный напор с расчетным гидравлическим сопротивлением: 850000/761089,0655>1. Как видим, гидравлическое сопротивление действительно находится в пределах принятого значения.

По справочнику «Основы конструирования и расчет химико-технического и природоохранного оборудования» выбираем разборный теплообменник с пластинами типа 0,5, площадью поверхности теплообмена 12,5 м², на двухопорной раме, пластины из нержавеющей стали 10Х13Г18Д, с уплотнительными прокладками из резины марки ИРП-1230, со схемой компоновки

ТПР 0,5-12-2-24-14.

5. Конструктивный расчет

   1. Штуцера

Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле:

Где G-массовый расход теплоносителя, ρ-плотность теплоносителя, w-скорость движения теплоносителя в штуцере.

Принимаем скорость движения метанола в штуцере w=1,9410 м/с, скорость движения воды в штуцере 1,5431 м/с, тогда

диаметр штуцера для входа и выхода воды

принимаем d_1,2=65мм;

диаметр штуцера для входа и выхода метанола:

принимаем d_3,4=0,065м.

Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12816-80.

Фланец выбираем из стали для агрессивной среды.

2. Опоры аппарата

Максимальная масса аппарата:

где G_а=605 кг – масса аппарата

G_в – масса воды и метанола, заполняющих аппарат.

=

С учетом того, что аппарат установлен на двуопорной раме, тогда нагрузка приходящаяся на одну опору:

G_оп=0,0045/2=0,0023МН.

Выбираем опору с нагрузкой 0,01МН.

3. Подбор насоса для метанола.

Объем расхода воды и напор, развиваемый насосом:

По объемному расходу и напору выбираем центробежный насос для химического производства Х16/31, для которого Q=0,0056м³/с и Н=40м.

6. Поверочный расчет теплообменного аппарата

В рассмотренном выше примере оптимально подобранный пластинчатый теплообменник (вариант 1П) имеет нормальное значение поверхности F_н=12,5м², превышающее расчетное (F=10,4936м²) на 19,1197 %. Определим конечные температуры теплоносителей при неизменном коэффициенте теплопередачи К=1411,04 Вт/(м²·К).

Эффективность теплопередачи представляет собой безразмерное изменение температуры холодного (или горячего) теплоносителя, отнесенное к максимально возможному перепаду температуры в теплообменнике. В нашем случае имеем следующее выражения эффективности теплопередачи:

; (6.1)

, (6.2)

где

Число единиц переноса:

; (6.3)

. (6.4)

При противотоке:

(6.5)

Конечные температуры теплоносителей определяют по найденным эффективностям:

; (6.6)

. (6.7)

Поверочный расчет показал, что конечная температура теплоносителя и хладагента соответствуют заявленным при проектирования; следовательно, рассчитанный теплообменник удовлетворяет технологическим требованиям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью данного курсового проекта являлся расчет пластинчатого теплообменника для охлаждения метилового спирта водой. В рамках проекта были произведены следующие расчеты: нахождения и описание технологической схемы с использованием данного холодильника, расчет и выбор наиболее оптимального варианта аппарата (теплообменника), а также графическое изображение технологической схемы и самого аппарата. В конечном итоге был получен следующий результат: пластинчатый теплообменник с поверхностью теплообмена 12,5 м², площадью пластин 0,3м² на раме:

ТПР 0,5-12,5-1-24-14

0,5 – тип пластин;

12,5 – поверхность теплообмена;

1 – количество опор;

24 – количество пластин;