3. Алгоритм термоекономічної оптимізації теплообмінника-холодильника який входить до системи теплообмінних апаратів технологічної установки

Приймають мінімальне значення зведених витрат:

Z_min=10⁹

Приймають мінімальне значення зведених витрат при для даної температури t_f1:

Z_S=10⁹

Розпочинаємо розрахунок знаходження теплового потоку, що передається в теплообміннику-холодильнику:

Ф=m₂r₂

• Середня температура кінцевого продукту:

t_f1=0,5(t_1H+t_1k)

• Середня температура стінки:

t_w=0,5(t_f1+t_f2)

• Товщина стінки трубок:

δw=0,5(d_H-d_ВН)

При температурі t_w знайти числа ПрандляPr_w для газу.

Розрахувати вихідний температурний напір в теплообміннику-холодильнику:

△t_исх=t_f1-t_f2

При температурі t_f1 знайти густину ρ₁, в’язкість ν₁, число Прандля Pr₁, коефіцієнт теплопровідності λ₁, та коефіцієнт об’ємного розширення β₁ газу.

Далі йде розрахунок витрат газу (кінцевого продукту):

Приймають початкове значення швидкості газу:

W₁=1

• Живий переріз хода кінцевого продукту (газу):

Тоді кількість трубок становить:

Далі в розрахунку бере участь найближче більше значення n.

• Внутрішній діаметр корпусу апарата:

• Живий переріз хода води-хладоагента:

• Еквівалентний діаметр перерізу міжтрубного простору:

При температурыtf2 для рідини знаходимо густини ρ₂’,ρ₂’’, число ПрандляPr₂, коефіцієнт теплопровідності λ₂, тиск Р₂, теплоємність Ср₂, коефіцієнт поверхневого натягу β₂, в’язкість ν₂.

Далі розраховуємо швидкість руху води:

Робимо уточнення значення швидкості руху кінцевого продукту (газу):

• Число Рейнольдса для газу (кінцевого продукту):

Тепер необхідно з’ясувати режим руху (ламінарний – Re≤2300, перехідний - 2300<Re<10000, чи турбулентний - Re≥10000);

• КритерійГрасгофа:

• Критерій Нусельта:

• для ламінарного руху:

З критеріального рівняння знаходимо коефіцієнт тепловіддачі від кінцевого продукту (газу):

Потім необхідно розрахувати значення поверхневої густини теплового потоку:

• Зведена швидкість пароутворення:

• Характерний лінійний розмір:

• Число Рейнольдса:

• Число Нусельта:

або

• Коефіцієнт при кипінні:

• Коефіцієнт теплопередачі:

• Температурний напір у теплообміннику-холодильнику:

Далі розраховують похибку знаходження △t:

Потім роблять перевірку значень:

χ < 0,01

△t>△t_исх

Та приймають:

q₂=q

q₂=q

Розрахунок поверхні теплообмінника холодильника ведуть по формулі:

• Середній діаметр трубок:

• Довжини трубок:

• Коефіцієнт тертя для кінцевого продукту (газу):

• Коефіцієнт тертя для води:

• Втрати тиску в напрямку кінцевого продукту (газу):

• Втрати тиску в напрямку води:

Потім необхідно виконати розрахунок витрат електроенергії на подолання гідравлічних опорів при перекачуванні газу та води:

• Ексергія теплового потоку:

• Річна витрата палива в парогенераторі для отримання Е_Ф :

• Річні витрати на поверхню теплообмінника-холодильника:

Z_A = AC_A

• Річні витрати на електроенергію:

Z_H = τ(N₁+N₂)C_N

• Річні витрати на паливо:

Z_Ф = ВС_В

Тоді сумарні зведені витрати знаходять як:

Z_Ʃ=Z_A+Z_N+Z_Ф

Потім роблять перевірку значень:

Z_Ʃ<Z_min

Z_min< Z_S

Та приймають:

Z_S=Z_min

t_fl =1200°C

Якщо t_fl перевищує припустиму температуру, то здійснюється вихід із циклу.

Прийняти наступні значення температури газу:

t_fl= t_fl+ δt (δt=10°C)

і повторити розрахунок з знаходження t_w.

Прийняти Z_min = Z_Σ

Перевірка .

Якщо швидкість газу перевищує припустиму, то слід перейти до наступної температури.

Прийняти наступне значення швидкості газу:

W₁ = W₁ + ΔW₁ (ΔW₁ =1)

І повторити розрахунок з знаходження f_1.

В результаті розрахунку знаходимо оптимальні характеристики теплообмінника-холодильника:

які відповідають знайденим значенням:

- швидкості

- температурному напору Δt^ОПТ

Після оптимізації теплообмінника-холодильника (його параметрів), переходять безпосередньо до оптимізації установки взагалі.