- •Введение
- •Постановка задачи
- •Описание технологической схемы
- •Описание конструкции аппарата и обоснование его выбора
- •Технологический расчет Выражение состава пара в мольных долях yi
- •Определение температуры начала конденсации пара
- •Определение температуры конца конденсации пара
- •Расчет теплового потока и расхода хладоагента
- •Определение средней разности температур между теплоносителями
- •109 102
- •Приближенная оценка коэффициента теплопередачи и площади поверхности теплообмена
- •Кожухотрубчатые теплообменники
- •Расчет варианта 2
- •Расчет варианта 3
- •Сопоставление вариантов 2 и 3
- •Пластинчатые теплообменники
- •Расчет варианта 6
- •Расчет варианта 5
- •Выбор оптимального варианта
- •Список литературы
Расчет варианта 3
Коэффициенты теплоотдачи от пара к стенкам труб для вертикального и горизонтального аппаратов при средней температуре пленки конденсата tпл=105,5
Критерий Рейнольдса для воды при tср=32,5 0С
Коэффициент теплоотдачи от труб к воде α’2 при устойчивом турбулентном течении жидкости (Re>104) и при tср=32,5 0С, считая (Pr/Prст)0,25=1,0
Сумму термических сопротивлений r принимаем такой же, как и в предыдущих расчетах варианта 2, а именно r=0,00074 (м2*К)/Вт. Коэффициенты теплопередачи для вертикального и горизонтального аппаратов соответственно
Расчетная площадь поверхности теплопередачи для вертикального и горизонтального аппаратов соответственно
Для вертикального аппарата расчетная площадь поверхности теплопередачи, F’расч.верт=57,9 м2 оказалась больше номинальной нормализованного аппарата Fнорм=57 м2, поэтому следует отказаться от варианта установки вертикального аппарата.
Для горизонтального аппарата запас площади поверхности теплопередачи ∆’гор составляет
Для горизонтального аппарата запас площади поверхности теплопередачи ∆’гор несколько завышен, но все же такой аппарат можно использовать для процесса конденсации пара.
Для горизонтального аппарата рассчитываем температуру стенки со стороны пара t’ст1 и со стороны воды t’ст2
Уточним величину отношения (Pr/Prст)0,25
Критерий Prст при температуре стенки tст2 =45 0С
Prст=3,54
(Pr/Prст)0,25=(5,44/3,54)0,25=1,11
Уточненное значение коэффициента теплопередачи от труб к воде α2
Уточненное значение коэффициента теплопередачи Кгор
Уточненное значение температур стенок tст1 и tст2
Уточненное значение температуры пленки конденсата t’пл
Разность температур ∆t между конденсирующимся паром и стенкой
∆t<48 0С =>не будем вносить корректировок в расчет α1гор и уточнять значения температур стенок
tст1 и tст2
Уточненное значение расчетной площади поверхности теплопередачи Fрасч.гор для горизонтального аппарата
Уточненный запас площади поверхности теплопередачи ∆гор
Запас площади поверхности теплопередачи является завышенным, но все же такой аппарат может быть принят к установке.
Для проверки правильности выполненных расчетов найдем поверхностную плотность тепловых потоков со стороны пара q’, со стороны воды q’’, и передаваемую от пара к воде q’’’:
Расхождения поверхностей плотности теплового потока – отсутствуют, поэтому никаких корректировок в расчет вносить не требуется.
Проверим выполнение соотношения ∆tср=73,05 0С
Соотношение выполняется, следовательно, расчет выполнен верно.
Сопоставление вариантов 2 и 3
Теплообменники вариантов 2 и 3 имеют одинаковую массу, у них одинаковая длина труб их диаметр кожуха. Главное различие этих аппаратов состоит в числе ходов по трубному пространству, сопоставление проведем по величине гидравлического сопротивления трубного пространства теплообменников.
Величина гидравлического сопротивления пропорциональна скоростному давлению теплоносителя (w2*ρ)/2. В варианте 2 скорость воды в трубах аппарата больше скорости воды варианта 3 в 2,33 раза. К тому же в варианте 2 теплообменник является четырехходовым по трубному пространству, а в варианте 3 – двухходовым. Поэтому даже не проводя расчетов, можно утверждать – В теплообменнике варианта 2 гидравлическое сопротивление трубного пространства будет значительно больше, чем в варианте 3. Следовательно, несмотря на несколько завышенный запас площади поверхности теплопередачи, вариант 3 является более предпочтительным, чем вариант 2.
В дальнейшем лучший из кожухотрубчатых аппаратов (вариант 3), сопоставим с лучшим вариантом пластинчатого теплообменника.
Расчет гидравлического сопротивления трубного пространства теплообменника 3
Гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменника ∆Р рассчитывается по формуле
Где ∆Ртр – сопротивление трения
∑∆Рм.с.i – сумма местных сопротивлений
Сопротивление трения для неизотермического потока
Где λтр – коэффициент трения
z – число ходов по трубам
L – длина труб
Примем, что трубы аппарата имеют незначительную коррозию и их шероховатость составляет е=0,2 мм. Отношение внутреннего диаметра труб к шероховатости dвн/е=21/0,2=105, для Re=16169,2 и dвн/е=105 находим λтр=0,037.
Потеря давления на преодоление трения в трубах
Потеря давления на преодоление местных сопротивлений рассчитывается
Где ∆Р1 – сопротивление на входе в аппарат и выходе из него
∆ Р2 – сопротивление при входе в трубы и выходе из них
∆ Р3 – сопротивление при повороте потока на 1800 из одного хода в другой
При D=600мм и z=2 условный диаметр штуцера dy=200 мм.
Скорость воды в штуцерах
Скорость воды в штуцерах больше скорости в трубах, поэтому потери давления для входа в аппарат и выхода из него находим по скорости в штуцерах Wш, а потери давления при входе в трубы и выходе из них и при повороте из одного хода в другой – по скорости в трубах. Тогда
Где ζ1=1,5 – коэффициент местного сопротивления при входе в аппарат и выходе из него
n1 – число штуцеров.
Где ζ2=1 – коэффициент местного сопротивления при входе в трубы и выходе из них
n2=4 – число входов в трубы и выходов из труб
Где ζ3=2,5 – коэффициент местного сопротивления при повороте потока на 180 0С
n3=1 – число поворотов на 180 0С
Общее гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменника