2.Тепловой расчет аммиачного кожухотрубного горизонтального испарителя

4.1.Поверхность теплообмена и конструктивные особенности испарителя

Площадь поверхности испарителя, м²

,

где - плотность теплового потока испарителя, кВт/м²,

принимаем =3,0 кВт/м²,

По теплопередающей поверхности выбираем прототип испарителя.

Таблица 7 – Испаритель кожухотрубный аммиачный

Площадь поверхности Fк, м2	50
Диаметр D, мм	600
Длина L, мм	3580
Число труб nтр	216
Длина труб lтр, мм	3000
Число ходов z	8

4.2. Расчет коэффициента теплоотдачи от рассола к стенке трубы

Теплофизические свойства рассола определяют при его средней температуре в испарителе ,

.

Таблица 8 – Теплофизические свойства рассола при температуре -14,5°C

Теплоемкость Cp, кДж/(кг·К)	2,910
Коэффициент кинематической вязкости νs, м2/с	6,07·10-6
Коэффициент теплопроводности s, Вт/(м·К)	0,5185
Число Прандтля Prs	52,67
Плотность рассола при 15°C ρ15, кг/м3	1220
Концентрация рассола ξ, %	23,8
Температура замерзания tз, °C	-25,7

Рисунок 4 – Схема изменения температур сред в испарителе

Среднелогарифмическая разность температур в испарителе:

,

Масса рассола, охлаждаемая в испарителе:

,

Объем охлаждаемого рассола, м³/с

,

Скорость рассола в трубах, м/с

,

где d_вн – внутренний диаметр трубы, м,

n – число труб в одном ходе, n = 216/8 = 27,

Режим течения рассола в трубах определяется числом Рейнольдса

,

2500 > Re_S– режим течения ламинарный.

Коэффициент теплоотдачи рассчитывается с помощью уравнения подобия.

Для ламинарного режима

где – при малых перепадах температур θ_m в конденсаторе,

Re_S = 1944,

,

С другой стороны число Нуссельта определяется выражением

,

где _S – коэффициент теплоотдачи от рассола к стенке трубы.

Отсюда выражаем и рассчитываем коэффициент теплоотдачи от рассола к стенке трубы:

,

4.3. Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящему хладагенту

Плотность теплового потока со стороны хладагента

,

где a_а – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности труб к кипящему хладагенту.

Коэффициент теплоотдачи с учетом слоя масла толщиной δ_м = 0,000102 м и теплопроводностью _м = 0,125 Вт/(м·К)

.

Плотность теплового потока со стороны хладагента с учетом слоя масла,

θ_a находим графоаналитическим способом.

Принимаем различные значения θ_a и рассчитываем по этим значениям q_а. Данные заносим в таблицу 9.

Таблица 9 – Зависимость удельного теплового потока от температурного напора

θа, К	1	2	3	4	5
qа, Вт/м2	394	1052	1824	2667	3558

Строим график зависимости плотности теплового потока от стенки трубы к кипящему хладагенту в координатах q–θ. За начальную точку принимаем точку пересечения осей координат, рисунок 5.

Плотность теплового потока со стороны рассола, отнесенная к наружной поверхности трубы

,

Строим график зависимости плотности теплового потока от рассола к стенке трубы в тех же координатах и на том же графике, причем за начальную точку принимаем точку оси абсцисс, соответствующую значению θ_m, рисунок 5. Анализ формулы показывает, что это уравнение прямой линии, выходящей из начальной точки. Поэтому принимаем одно любое значение θ_S в диапазоне от 0 до θ_m и строим график .

Точка пересечения графиков и дает искомое значение плотности теплового потока q_F и составляющих θ_a и θ_S среднелогарифмического температурного напора θ_m.

По графику , , .

Наружная поверхность испарителя, м²

,

Коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/(м²·К)

,

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к хладагенту, Вт/(м²·К)

, .

Рисунок 5 – Графический метод определения плотности теплового потока в аммиачном испарителе: 1 – q_S = f(θ_S) ; 2 – q_а = f(θ_а)

5. Конструктивный расчет испарителя

5.1. Размещение труб в аппарате

Число труб в одном ходе

,

Расстояния между осями труб, мм

,

Число труб, считая от центра, при размещении по шестиугольникам

,

Количество труб на большой диагонали

,

Общее число труб при расположении в пределах шестиугольника

,

Внутренний диаметр обечайки (кожуха)

,

принимаем .

5.2. Расчет длин труб

Общая длина труб, м

,

где F – расчетная площадь поверхности теплообмена (из теплового расчета), м²,

d_н – наружный диаметр труб, м,

Длина одной трубы, м

,

где n_тр – число труб в аппарате,

принимаем l_тр = 1 м.

5.3. Диаметры патрубков

Диаметр патрубков для подвода и отвода рассола, м

,

где V_S – объем рассола, подаваемый в испаритель, м³/с,

ω_S – скорость рассола в патрубке, ω_S = 2 м/с,

принимаем d_s = 108×4 мм.

Диаметр патрубка отвода пара из испарителя

,

где M·v₁ – объемный расход хладагента при P₀, м³/с,

ω_а – скорость пара хладагента в патрубке, принимаем: ω_а = 10 м/с,

принимаем d_a = 57×3,5 мм.

Диаметр патрубка подвода жидкого хладагента

,

где M – массовый расход хладагента, кг/с,

где – скорость жидкого хладагента, стекающего самотеком, = 0,1÷0,5 м/с, принимаем = 0,5 м/с,

где – плотность жидкого хладагента, кг/м³,

принимаем = 25×1,6 мм.