3.2 Определение поверхности нагрева и предварительный выбор типа теплообменного аппарата по каталогу
Составим уравнение теплового баланса
; (3.1)
. (3.2)
Подставив исходные данные, получим
;
кг/с.
Количество передаваемого тепла
Вт.
Поверхность теплообменного аппарата определяется по формуле
,
(3.3)
где Кор - ориентировочный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К);
∆tср - средний арифметический температурный напор между теплоносителями, °С;
Q- тепловой поток в аппарате.
Для предварительного выбора теплообменного аппарата принимаем К= 120 Вт/(м2∙К), как при передаче тепла от органических жидкостей.
(3.4)
Величины температурных перепадов на концах аппарата Δtб и Δtм
Δtб = 450 – 310 = 140 °C;
Δtм =80 – 70 = 10 °C;
Δtср=
.
Подставив полученные данные рассчитаем площадь поверхности теплообмена аппарата
F
=
м2.
Произведем подбор по каталогу [1] всех типов теплообменных аппаратов, которые могут быть применены при заданной поверхности теплообмена.
Выберем теплообменный аппарат типа ТК, у которого:
- диаметр кожуха внутренний D=600 мм;
- число ходов по трубам 4;
- наружный диаметр труб d=25 мм;
- поверхность теплообмена при длине прямого участка труб l=6000 мм, F=116 м2;
- площадь проходного сечения одного хода по трубам fтр=0,041м2;
- площадь проходного сечения по межтрубному пространству fмтр=0,045 м2.
3.3 Уточненный расчет поверхности теплообменника и окончательный выбор типа теплообменного аппарата
Поверхность теплообменного аппарата вычисляется по формуле
,
(3.5)
где Кут - уточненный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений, который вычисляется по формуле
,
(3.6)
где α1 и α2 - коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях трубок;
Sст
и λст
-
толщина стенки и теплопроводность
материала. В расчетах принимаем
= 30 Вт/(м·К) [7].
Коэффициенты α1 и α2 зависят от режима движения теплоносителя и физических свойств самих продуктов.
Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в трубном пространстве.
Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формулам
, (3.7)
где Gтр - расход воды, кг/с;
ρтр - плотность воды, кг/ м3;
fтр - площадь проходного сечения по трубам, м2.
Подставив данные, получим
м/с.
Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле
;
(3.8)
.
Так
как критерий Рейнольдса
>10000
– движение турбулентное.
Для турбулентного режима рекомендуется следующая зависимость
,
(3.9)
где
-
критерий Нуссельта,
Критерий Прандтля определяется по формуле
. (3.10)
Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле
(3.11)
Подставив данные, получим
;
;
.
Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в межтрубном пространстве.
Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формуле
, (3.12)
где Gмтр- расход стабильного бензина, кг/с;
ρмтр- плотность стабильного бензина, кг/ м3;
fмтр- площадь проходного сечения по межтрубному пространству, м2.
Подставив данные, получим
м/с.
Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле
;
(3.13)
.
Так как Re > 103 , то критерий Нуссельта находится по следующей формуле:
(3.14)
где с, n – коэффициенты, зависящие от способа размещения труб. Для труб, расположенных по вершинам квадратов с=0,38, n=0,6;
εφ – коэффициент, зависящий от многоходовости, для стандартных теплообменных аппаратов εφ = 0,6.
Найдем значение критерия Прандтля по формуле
. (3.15)
Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле
. (3.16)
Подставив данные, получим
;
;
.
Рассчитаем уточненный коэффициент теплопередачи
Найдем уточненную поверхность теплообменного аппарата
м2.
Таким образом, уточненная площадь теплообмена оказалась меньше площади теплообмена по каталогу, поэтому принимаем решение использовать выбранный тип теплообменного аппарата