1.Розрахунок теплообмінного апарату (та)

Рис.1.1.Кожухотрубний, рекуперативний, одноходовий теплообмінний апарат безперервної дії:

1-корпус або кожух; 2-труби; 3-трубні решітки; 4-днища або кришки розподільчої камери; 5-фланці. 1-1- рух гарячого теплоносія; 1-2 рух холодного теплоносія.

1.1. Вибір швидкості гарячого теплоносія в трубах

Приймаємо швидкість руху гарячого теплоносія рівною

1.2. Розрахунок масової витрати гарячого теплоносія

Запишемо складову рівняння теплового балансу ТА з боку гарячого теплоносія:

, (1)

де - масова витрата гарячого теплоносія, кг/с;

- середня ізобарна теплоємність гарячого теплоносія, кДж/(кгК);

- температура гарячого теплоносія на вході в ТА, ;

- температура гарячого теплоносія на виході в ТА, ;

Визначаємо середньоарифметичне значення температури дітолілметану,

(2)

При цій температурі визначаємо фізичні властивості гарячого теплоносія (Тетракрезілоксилан):

З рівняння (1) знаходимо масову витрату гарячого теплоносія:

1.3 Розрахунок площі поперечного перерізу трубки для гарячого теплоносія

Масова витрата теплоносія з іншого боку буде записана через рівняння нерозривності потоку:

(3)

де - швидкість руху гарячого теплоносія, м/c;

- площа поперечного перерізу трубки, м²;

густина гарячого теплоносія, кг/м³;

З формули (3) знаходимо :

Для того, щоб визначити поперечний переріз однієї трубки теплообмінного апарату приймаємо діаметри, згідно [1,2.15.ст.110]:

• внутрішній d_вн=20 мм;

• зовнішній d_зов=24 мм;

• товщина стінки трубки 2 мм.

Визначаємо значення площі поперечного перерізу трубки для гарячого теплоносія:

(4)

Розрахунок кількості трубок в теплообмінному апараті

, (5)

Згідно[1,табл.2.13,ст..107] приймаємо стандартну кількість трубок в ТА рівною:

=232 шт.

:

(6)

, (7)

Округлюємо отримане значення до стандартного значення згідно ГОСТ 9617-79, [1,ст..108]. Приймаємо

1.5 Розрахунок фактичної швидкості руху гарячого теплоносія

Фактична швидкість гарячого теплоносія буде рівною:

=(8)

=

1.6 Розрахунок площі поперечного перерізу між трубного простору ТА

(9)

1.7. Розрахунок масової витрати холодного теплоносія

Знаходимо середньоарифметичну температуру холодного теплоносія (дітолілметан):

(10)

При цій температурі визначаємо фізичні властивості дітолілметану,:

Знаходимо масову витрату холодного теплоносія:

(11)

Де - середня ізобарна теплоємність холодного теплоносія при середній температурі,.

З рівняння нерозривності потоку знаходимо швидкість руху холодного теплоносія:

, (12)

Де - густина холодного теплоносія при середній температурі,.

.

1.8. Розрахунок процесу теплообміну в теплообмінному апараті (перше наближення).

1.8.1. Розрахунок теплообміну всередині трубок

Для цього використаємо формулу для примусового руху рідини всередині круглих,гладких труб. Для визначення режиму руху гарячого теплоносія знаходимо число Рейнольдса

(13)

де - коефіцієнт кінематичної в’язкості гарячого теплоносія при середній температурі,.

Оскільки , то режим руху турбулентний, тому критерій Нусельта визначається:

(14)

де - число Прандля для гарячого теплоносія при середній температурі;

- число Прандля для гарячого теплоносія при температурі стінки, ;

–коефіцієнт, що враховує зміну середнього коефіцієнта тепловіддачі по довжині труби,

Приймаємо температуру зовнішньої поверхні стінки труби, для першого наближення:

При температурі поверхні стінки визначаємо число Прандля гарячого теплоносія:

=49,652.

Для першого наближення:

Коефіцієнт тепловіддачі від гарячого до внутрішньої поверхні труби рівний:

(15)

де 𝜆_p1 – коефіцієнт теплопровідності гарячого теплоносія при середній температурі, .