2.2. Выбор оптимального нормализованного теплообменного аппарата

Вариант 3К

М=5360 кг; ∆р_тр=40947,6 Па; ∆р_мтр=18751,35 Па

Масса труб:

М_тр = Пd_cр(2.34)

М_тр=3,14*0,018*0,002*6*384*7850=2043,7 кг,

где L – длина теплообменных труб.

Доля массы труб от массы всего теплообменника:

с = (М_тр/М)*100 (2.35)

с=(2043,7/5360)*100=38,1%

Цена единицы массы теплообменника из нержавеющей стали Ц_н.ст=2,58 р/кг. Цена теплообменника:

Ц_т = М*Ц_н.ст (2.36)

Ц=5360*2,58=13828,8 руб.

Энергетические затраты на прокачивание горячей жидкости по трубам с учетом к.п.д. насосной установки, равного

η = η_н*η_дв*η_пер (2.37)

ƞ=0,7*0,95*0,95=0,63

составлят:

N₁ =(2.38)

N₁==1,32 кВт

Энергетические затраты на прокачивание холодной жидкости по межтрубном пространству составят:

N₂ = (2.39)

N₂==1,07 кВт

Приведенные затраты:

П_3к=0,3* Ц_т +( N₁ + N₂ )*0,02*8000 (2.40)

П_3к=0,3*13828,8+(1,32+1,07)*0,02*8000=4531,04 руб/год

Вариант 4К

М=4350 кг; ∆р_тр=31487,9 Па; ∆р_мтр=20864,11 Па

Масса труб (по форм. 2.34):

М_тр=3,14*0,018*0,002*6*618*7850=3289,18 кг

Доля массы труб от массы всего теплообменника (по форм. 2.35):

с=(3289,18/4350)*100=75,6%

Ц_н.ст = 2,58 р/кг

Цена теплообменника (по форм. 2.36):

Ц=4350*2,58=11223 руб.

Энергетические затраты на прокачивание горячей жидкости по трубам с учетом к.п.д. насосной установки, равного (по форм. 2.37)

ƞ=0,7*0,95*0,95=0,63

составляют (по форм 2.38)

N₁==1,01 кВт

Энергетические затраты на прокачивание холодной жидкости по межтрубном пространству составят (по форм. 2.39):

N₂==1,19 кВт

Приведенные затраты затраты (по форм. 2.40):

П_4к=0,3*11223+(1,01+1,19)*0,02*8000=3721,9 руб/год

Лучшим оказался теплообменник 4К

2.3. Проверочный расчет теплообменного аппарата 4к

Эффективность теплопередачи:

Е₂=(t_2к-t_2н)/(t_1н-t_2н) (2.41)

где t_к-конечная температура; t_н-начальная температура;

Е₁=(t_1н-t_1к)/(t_1н-t_2н)=Е₂R (2.42)

N₁=kF/G₁c₁=N₂R

814,3*138,9/20*4190=1,19*1,13

1,349=1,345

Эффективность теплопередачи равен:

E₂ = 1-exp[N₂(R-1)]/1-Rexp[N₂(R-1)] (2.46)

E₂=(1-exp[-1,19(1,13+1)])/(1,13+1)=0,43

Конечные температуры теплоносителей определяют по найденным эффективностям:

t_2к = t_2н+E₂(t_1н-t_2н) (2.49)

t_2k=20+0,43(112,5-20)=59,7

t_1к = t_1н+E₁(t_1н-t_2н) (2.50)

t_1k=112,5-0,76(112,5-20)=41,2

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были рассчитаны четыре предложенных варианта кожухотрубчатых теплообменников. Расчеты показали, что применительно к заданным условиям возможно использование всего двух вариантов- теплообменника 3К и теплообменника 4К. Полученные значения гидравлического сопротивления для этих теплообменников, позволили сделать вывод о том, что более предпочтительным является теплообменник 4К. Следующим действием был выбор оптимального нормализованного теплообменного аппарата расчетным путем, используя затраты на обслуживание аппарата. Результаты этого расчета подтвердили преимущество кожухотрубчатого теплообменника 4К. Для исключения ошибки в расчетах был проведен проверочный расчет данного теплообменного аппарата, который ошибки не выявил (небольшие различия полученных значений объясняются погрешностью округлений и составляют менее 3%).