3.4.2 Проектировочный расчет теплообменного аппарата.

Для того чтобы рассчитать поверхность теплообмена, нам необходимы исходные данные, представленные в таблицах 3.3 и 3.4.

Таблица 3.3 – Исходные данные для расчета ТО

Трубное пространство					Межтрубное пространство
tвх1, С	tвых1, С	G1, кг/с	Среда, фазовое состояние	tвх2, С		tвых2, С	G2, кг/с	Среда, фазовое состояние
200	250	16,7	Нестабильный гидрогенизат	270		206	12,5	Стабильный гидрогенизат

Таблица 3.4 – Физико-химические характеристики сред

Параметр	Нестабильный гидрогенизат	Стабильный гидрогенизат
Плотность, ρ кг/м3.	ρ1=613	ρ2=593
Вязкость динамическая, μ Па·с.	μ1=1,45·10-4	μ2=1,27·10-4
Вязкость кинематическая, ν м2/с.	ν1=0,237·10-6	ν2=0,215·10-6
Удельная теплоемкость, Ср Дж/(кг·К).	Ср1=3015	Ср2=3151
Коэффициент теплопроводности, λ Вт/(м·К).	λ1=0,079	λ2=0,074

3.4.2.1 Определение поверхности нагрева и предварительный выбор типа теплообменного аппарата по каталогу.

Составим уравнение теплового баланса

; (3.5)

. (3.6)

Подставив исходные данные, получим

;

кг/с.

Количество передаваемого тепла

Вт.

Поверхность теплообменного аппарата определяется по формуле (3.7)

, (3.7)

где К_ор - ориентировочный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

∆t_ср - средний логарифмический температурный напор между теплоносителями, определяется по формуле (3.5), °С;

Q- тепловой поток в аппарате.

Для предварительного выбора теплообменного аппарата принимаем К= 200 Вт/(м²∙К), как при передаче тепла от конденсирующихся паров вязкой жидкости.

(3.8)

Величины температурных перепадов на концах аппарата Δt_б и Δt_м

Δt_б = 270-250 = 20 °C;

Δt_м = 206 – 200 = 6 °C;

Δt_ср=.

Подставив полученные данные рассчитаем площадь поверхности теплообмена аппарата

F = м².

Произведем подбор по каталогу [4] всех типов теплообменных аппаратов, которые могут быть применены при заданной поверхности теплообмена.

Выберем теплообменный аппарат типа ТП, у которого:

- диаметр кожуха внутренний D=1400 мм;

- число ходов по трубам 2;

- наружный диаметр труб d=20 мм;

- поверхность теплообмена при длине прямого участка труб l=9000 мм, F=1160 м²;

- площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,161 м²;

- площадь проходного сечения по межтрубному пространству f_мтр=0,332 м².

3.4.2.2 Уточненный расчет поверхности испарителя и окончательный выбор типа теплообменного аппарата.

Поверхность теплообменного аппарата вычисляется по формуле

, (3.9)

где К_ут - уточненный коэффициент теплопередачи, который вычисляется по формуле

, (3.10)

где α₁ и α₂ - коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях трубок;

S_ст и λ_ст - толщина стенки и теплопроводность материала. В расчетах принимаем = 40 Вт/(м·К) [5].

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 формуле (3.11)

, (3.11)

где G_тр - расход гидроочищенного масла, кг/с;

ρ_тр - плотность гидроочищенного масла, кг/ м³;

f_тр - площадь проходного сечения по трубам, м².

Подставив данные, получим

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле

; (3.12)

.

Так как критерий Рейнольдса >10000 – движение турбулентное..

Для турбулентного режима рекомендуется следующая зависимость

, (3.13)

где - критерий Нуссельта,

Критерий Прандтля определяется по формуле

. (3.14)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле

(3.15)

Подставив данные, получим

;

;

.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в межтрубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формуле

, (3.16)

где G_мтр- расход газосырьевой смеси, кг/с;

ρ_мтр- плотность газосырьевой смеси, кг/ м³;

f_мтр- площадь проходного сечения по межтрубному пространству, м².

Подставив данные, получим

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле

; (3.17)

.

Так как критерий Рейнольдса >1000 - переходный режим движения.

Для переходного режима движения рекомендуется следующая зависимость

, (3.18)

где – критерий Нуссельта,

Pr– критерий Прандтля,

Критерий Прандтля определяется по формуле

. (3.19)

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле

. (3.20)

Подставив данные, получим

;

;

.

Рассчитаем уточненный коэффициент теплопередачи

.

Найдем уточненную поверхность теплообменного аппарата

м².

Таким образом, при данной уточненной площади теплообмена запас по поверхности теплообменного аппарата составляет

Запас по площади теплообмена составила больше 10 %. Принято решение использовать последовательно два выбранных теплообменных аппарата [17].