3.4.2. Коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до розчину, що нагрівається

У середині труб відбувається процес тепловіддачі при вимушеному русі рідини. Для визначення Nu та α₂ треба встановити режим течії рідини. У нашому випадку усередині труб рухається розчин cірчаної кислоти 70% , тому теплофізичні властивості рідини будемо вибирати додатків. Визначальна температура - , визначальний розмір:

.

При вимушеному русі у трубах рекомендуються наступні критеріальні рівняння в залежності від числа Рейнольда:

Де: - швидкість руху розчину у трубах;

- коефіцієнт кінематичної в’язкості сірчаної кислоти 70% ,

Швидкість руху рідини у трубці теплообмінного апарата:

Далі розрахуємо поперечний переріз 1 ходу пучка труб

Встановимо значення числа Рейнольда за визначальною температурою по таблицях для сірчаної кислоти 70% виберемо коефіцієнт кінематичної в’язкості .

Оскільки перехідний режим течії, то число Нюсельта визначаємо за наступним критеріальним рівнянням:

Властивості рідини знаходимо за додатком:

3.4.3. Проведення уточнювального розрахунку коефіцієнта теплопередачі та поверхні теплообміну

Коефіцієнт теплопередачі через плоску стінку :

Густина теплового потоку:

В першому наближенні температура стінки з боку гарячого теплоносія (насиченої пари) приймається рівною:

А температура стінки збоку холодного теплоносія, враховуючи те, що стінка тонка і коефіцієнт теплопровідності сталі достатньо великий, буде відрізнятись від на 1ºС:

Оскільки похибка досить велика, тому необхідно виконати перерахунок. Температури стінок приймаємо рівними розрахованим у попередньому пункті.

Після другої ітерації отримаємо наступні результати:

Розраховуємо похибку:

Оскільки похибка складає менше 3%, то результати другої ітерації можна вважати кінцевими.

3.4.4.Визначення дійсної поверхні теплообміну та остаточний вибір теплообмінного апарата

Оскільки похибка складає менше 20% то теплообмінник не змінюємо.

4. Конструктивний розрахунок

Метою конструктивного розрахунку теплообмінного апарату є визначення габаритних та інших геометричних розмірів та його складових частин і вибір конструкційних матеріалів, з яких буде зроблено теплообмінник. Без конструктивного розрахунку апарата неможливо визначити його гідравлічний опір, підібрати за каталогами насоси або вентилятори для транспортування теплоносіїв та вибрати обладнання для електропостачання.

Конструкція апарата розробляється, виходячи із основних технічних вимог, що пред’являються до апарата, та умов, при яких апарат буде експлуатуватись. До числа основних вимог відносяться: призначення апарата і робоче середовище, технічні вимоги (теплове навантаження, поверхня теплообміну тощо), параметри технологічного процесу (тиск та температура), а також надійність, економічність та безпечна робота.

4.1. Вибір конструкційного матеріалу

Вибір конструкційного матеріалу для кожної складової частини теплообмінного апарата (кришки, трубна решітка, трубний пучок і т. п.) проводиться із умов необхідної хімічної стійкості; умов міцності при заданій температурі та тиску; з урахуванням вартості матеріалу, його недефіцитності та технології виготовлення.

В процесі розрахунку апарата до отриманих розмірів, як правило, добавляються поправки на корозію, ерозійне зношення, а також за конструктивними та іншими припущеннями.

Отже, величина сумарної поправки в загальному вигляді визначається за формулою:

,

де - поправка на корозію, що зумовлена хімічним впливом робочого середовища на матеріал, за увесь розрахунковий термін експлуатації, мм;

- поправка на ерозію, що визначається механічним впливом робочого середовища на матеріал, за розрахунковий термін експлуатації, мм;

- поправка на округлення розміру, мм.

Величина поправки на корозію залежить від швидкості корозії та розрахункового терміну експлуатації теплообмінного апарата:

,

де - швидкість корозії матеріалу, мм/рік. Вибирається з табл.4.1 , відповідно до марки матеріалу, робочих параметрів: тиску та температури;

- термін безперервної експлуатації апарата (10-15 років).

Марка матеріалу: OX21H5T

Корозійні властивості: W_кор=0,5 мм/рік

Механічні властивості: _Д = 200 мПа

Термін безперервної експлуатації апарата: =15 років.

С= С_к = W_кор = 0,5 15=7,5 мм.