2. Случай 2:

D_кож = 600 мм; d_н = 20 x 2 мм;

F = 40.0 м²; l = 2.0 м; z = 4; n/z = 84.

Проведем уточненный расчет. Определяем коэффициент теплопередачи

Для этого определяем коэффициенты теплоотдачи и сумму термических сопротивлений стенки и загрязнений.

α определяется из критерия Nu:

поправкой (Pr/Pr_st)^0.25 пренебрегаем.

В итоге

Определяем критерии Re и Pr для исходной смеси:

=

=

Получим:

Вт/(м² К)

Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующейся на пучке труб определяется:

ε = 0,6 при n ˃ 100, тогда

Вт/(м² К)

Примем термическое сопротивление слоев загрязнения с наружной и внутренней сторон стенки, соответственно, считаем равными r_з1 = 2900 (м² К)/Вт и r_з2 = 2900 (м² К)/Вт. Повышенная коррозионная активность этих веществ диктует выбор нержавеющей стали в качестве материала труб. Теплопроводность нержавеющей стали примем равной λ_ст = 17,5 Вт/(м К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

=

(м² К)/Вт

Окончательно получим:

Вт/(м² К)

Требуемая поверхность теплообмена составит:

м²

Анализ :

Выбираем конденсатор 1 случая, т.к. при тех же параметрах металлоемкость конструкции меньше.

По каталогу ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШа, 1991г., «Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения», выбираем конденсатор одноходовой с площадью теплообмена 40.0 м². Диаметр кожуха - 600 мм, длина труб – 2000 мм, количество – 257 шт.

3. Расчеты на прочность.

3.1 Проверка на устойчивость.

Для проверки аппарата на устойчивость воспользуемся формулой Мизеса для длинных цилиндров. В соответствии с этой формулой, внешнее критическое давление будет равно

, где

E-модуль упругости (для стали );

S-толщина стенки оболочки;

-коэффициент Пуассона (для стали =0.3);

R-средний радиус оболочки.

Тогда

.

Коэффициент запаса устойчивости составляет примерно . Тогда допускаемое критическое давление

.

Как мы видим, при толщине стенки S=6 мм устойчивость оболочки не обеспечивается, поэтому принимаем S=12 мм. В этом случае .

И .

Устойчивость обеспечена.

3.2 Определение толщины стенки аппарата.

Греющая камера.

Номинальное допускаемое напряжение для стали

^*_д = 140 Мпа

Допускаемое напряжение определяем по формуле :

^*_д =  _д = 1  140 = 140 Мпа

Определим отношение определяющих параметров _д и P с учетом коэффициентом

Согласно таблице 15.6 расчетная толщина стенки :

Суммарная прибавка к номинальная расчетная толщина стенки

С_д = 0

С = С_к + С₀ = 2.0+ 1,8 = 3.8 мм

Толщина стенки с прибавками

S = S’ + С = 3,8 + 4,2 = 8 мм.

Проверим условие :

Условие выполнено

Сепарационная камера.

Номинальное допускаемое напряжение для стали

^*_д = 140 Мпа

Допускаемое напряжение определяем по формуле :

^*_д =  _д = 1  140 = 140 Мпа

Определим отношение определяющих параметров _д и P с учетом коэффициентом

Согласно таблице 15.6 расчетная толщина стенки :

Суммарная прибавка к номинальная расчетная толщина стенки

С_д = 0

С = С_к + С_э + С₀ = 1+ 0 + 1,2 = 2,2 мм

Толщина стенки с прибавками

S = S’ + С = 3,8 + 2,2 = 6 мм.

Проверим условие :

Условие выполнено