24
.pdf
Центр дистанционного обучения
Процессы и аппараты химической технологии
Лекция №24
ФИО преподавателя: Таран Юлия Александровна
e-mail: taran_yu@mirea.ru
Online-edu.mirea.ru
1 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Проектный выбор теплообменника
Проектный расчет выполняется в следующем порядке:
-по параметрам (расходу, т.е. производительности; свойствам; входной и выходной температурам) целевого продукта определяют поток теплоты Q; далее находят расход второго теплоносителя;
-по известным температурам обоих теплоносителей на концах теплообменника соответственно схеме их движения рассчитывается средний температурный напор;
-выбирается расчетная формула для коэффициента теплопередачи k, отвечающая физическим процессам в теплообменнике;
-рассчитывается необходимая поверхность теплообменника по основному уравнению теплопередачи.
Задача технологов, как правило, заключается в правильном выборе теплообменника - по каталогам. Лишь иногда приходится проектировать, когда в каталоге не удается найти теплообменник, удовлетворяющий каким-то требованиям к аппарату.
2online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Проектный выбор теплообменника
При этом возможны затруднения, поскольку заранее (до расчета и выбора теплообменника) не известны высота и диаметр труб (они необходимы в случае теплообмена при конденсации), сечение трубного и (или) межтрубного пространства (их нужно знать для расчета Re, Nu и α) и т.п. Поэтому обычно приходится выполнить предварительный расчет поверхности (ориентировочной) теплообмена Fop , задавшись ориентировочным значением kop. Это позволяет в первом приближении выбрать теплообменник с определенными - указанными в каталоге - геометрическими характеристиками, с тем чтобы использовать их в соответствующих расчетных формулах при расчете коэффициента теплопередачи k.
Далее:
-проводят расчет k и находят расчетную поверхность теплообмена Fрасч;
-окончательно выбирают по каталогу теплообменник с найденным значением Fрасч (она может значительно больше или меньше ориентировочной поверхности
теплообмена Fop; важно чтобы в новом теплообменнике сохранялись или были лучше условия теплообмена, по которым рассчитывался коэффициент теплопередачи k:
размеры труб, скорости течения жидкости в трубах и т.п.).
При невозможности подобрать подходящий теплообменник расчет и выбор проводят
заново, сообразуясь с опытом предыдущего расчета. |
3 |
online.mirea.ru |
Центр дистанционного обучения
Тепловой поток Эксплуатационные задачи рассматривают ситуации, когда известны потоки
теплоносителей и их температуры на входе в аппарат Т' и t’, а также параметры, определяющие интенсивность теплопереноса между теплоносителями (через поверхность теплообмена в рекуператоре, например). Для задач эксплуатации уравнение теплопередачи, безусловно, остается справедливым, но для расчета теплового потока Q оно не может быть прямо использовано, так как известны лишь входные температуры, а выходные – неизвестны.
На выходе из теплообменника температуры Т" и t" не заданы, поэтому величину ср найти нельзя (исключение – теплообмен между конденсирующимся
паром и кипящей жидкостью, когда |
ср = Т' – t' известна по условиям процесса). В |
таких ситуациях методику расчета Q целесообразно основывать на разности |
|
входных температур теплоносителей |
* ≡ Т' – t'. |
Рассмотрим подход к определению Q для некоторых простейших случаев.
4online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Тепловой поток при движении теплоносителей в режиме идеального перемешивания
Эта технологическая ситуация в расчетном плане - одна из самых простых. Рассмотрим теплообменник (рис.1), в котором оба теплоносителя движутся (без изменения агрегатного состояния) в режиме идеального перемешивания (символ ИП, на рисунке - мешалки). Поэтому температуры в теплообменнике каждого теплоносителя - постоянны по поверхности теплообмена и равны таковым на выходе Т" и t".
Рис. 1 Расчётная схема.
Рис. 2Общая схема теплопереноса: 1- теплопередающая стенка (поверхность), 2 – пограничные пленки, 3 - области движения теплоносителей вдоль поверхности; I, IIобласти
горячего и холодного теплоносителей.
5 online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Подлежащий последующему переносу к холодному теплоносителю поток теплоты Q, вносимый с горячим теплоносителем, последовательно проходит через тепловой пограничный слой с горячей стороны, стенку, пограничный слой с холодной стороны и уносится холодным теплоносителем. Запишем выражения для Q применительно ко всем отдельным стадиям теплопереноса:
|
" " |
|
|
|
ст |
|
|
|
|
|
" " |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ст
Причем и - температуры стенки (здесь постоянные вдоль F) со стороны горячего и холодного теплоносителей соответственно.
6online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
|
" " |
|
|
|
|
ст |
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
ст |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решим равенства |
относительно |
частных |
разностей |
температур |
|
и исключим все |
|||||||
промежуточные температуры, оставив лишь известные Т' и t':
|
|
|
|
|
||||
" |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||
" |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
ст/ст |
||||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
7online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
ст/ст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
≡ ∆ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ст |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ст |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ст
или в более лаконичной записи, если все (три) поверхностные стадии тепло переноса
объединить в одну стадию теплопередачи: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
8 |
online.mirea.ru |
|||
Центр дистанционного обучения
•При kF ˃˃ ( ; ) величиной можно пренебречь и тогда тепловой поток
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
будет зависеть от пропускных способностей потоковых стадий и . В этом случае речь идет о балансовой задаче, т.е. тепловой поток зависит от отношения/ и начальных температур потоков и .
•В случае когда ˃˃ , первым слагаемым в знаменателе можно пренебречь и тогда тепловой поток будет определяться потоком и его теплоемкостью ). Балансовая задача превратится в потоковую (по потоку ).
•В случае когда , будет потоковая задача (по потоку ).
9online.mirea.ru
Центр дистанционного обучения
Примеры применения знаний о балансовых задачах:
1.Слишком плотное оребрение воздушных конденсаторов на НПЗ в Капотне.
2.Потоковый характер теплообмена при течении жидкостных пленок.
3.Балансовый (или потоковый) характер теплообмена в аппаратах с ПС.
10 online.mirea.ru