Тепловой и конструктивный расчет парожидкостного теплообменного аппарата

Задание.

Произвести тепловой и конструктивный расчет парожидкостного теплообменного аппарата.

Исходные данные:

1. Расход воды G_в = 20000 кг/ч.

2. Температура воды на входе t`_в = 22 °С.

3. Температура воды на выходе t``_в = 150 °С.

4. Давление греющего пара P_нп = 6,18 бар.

5. Температура греющего пара t_нп = 160 °С.

6. Аппарат состоит из вертикальных латунных труб .

Тепловой расчет.

Определение характерных расчетных температур.

Средняя температура воды :

Температура стенки трубок:

Температура пленки стекающего конденсата:

Уравнение теплового баланса.

откуда определяем расход греющего пара:

Здесь теплоемкость воды при средней её температуре ; , - теплосодержание пара и конденсата при давлении пара 6,18 бар ; η = 0,98 – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду. Это данные из справочных таблиц физических свойств воды и пара на линии насыщения.

Среднелогарифмический температурный напор:

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара:

Здесь C = 0,943- эмпирический коэффициент пропорциональности, учитывающий расположение труб; , , плотность, коэффициент теплопроводности и динамическая вязкость пленки конденсата, определяемые при ; скрытая теплота парообразования, определяемая при ; L = 6 м – принятая высота трубок.

Это данные из справочных таблиц физических свойств воды и пара на линии насыщения.

Расчетный коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующего пара:

где, коэффициент состояния труб и чистоты пара;

коэффициент наличия в паре неконденсирующихся газов (воздуха) и неравномерность омывания потоком пара трубного пучка.

Коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды:

Здесь, , , коэффициент теплопроводности, кинематическая вязкость и число Прандтля для воды, определяемые при ; внутренний диаметр трубок; принятая скорость воды в трубках; число Прандтля при .

Это данные из справочных таблиц физических свойств воды и пара на линии насыщения.

Расчетный коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды:

Где, коэффициент учитывающий слой накипи на внутренней поверхности труб.

Коэффициент теплопередачи:

Здесь толщина стенок трубок; λ = 107 коэффициент теплопроводности латуни (справочная величина).

Тепловая нагрузка аппарата:

Поверхность нагрева подогревателя:

Конструктивный расчет.

Уравнение расхода по стороне воды:

,

откуда определяется проходное сечение трубок:

плотность воды при . Это данные из справочных таблиц физических свойств воды на линии насыщения.

Проходное сечение для воды:

откуда количество трубок в одном ходе:

Длина трубного пучка при одноходовом исполнении аппарата:

Принимаем число ходов по воде z =8. Тогда общее количество труб в аппарате:

Высота трубного пучка:

Погрешность полученной высоты по сравнению принятой в

тепловом расчете:

Что допустимо и не требует дополнительного расчета.

Диаметр трубной доски:

Здесь шаг между трубками; коэффициент заполнения трубной доски.

Конструктивное соотношение:

что соответствует рекомендуемым значениям.

Диаметр патрубков для входа и выхода воды:

Здесь скорость воды в патрубках; плотность воды при .

Это данные из справочных таблиц физических свойств воды на линии насыщения.

Выбираем стандартную трубу с условным диаметром мм

( по таблице П-11 в приложении.

Диаметр патрубка для подвода пара:

Здесь скорость пара в подводящем патрубке; плотность пара при давлении пара 6,18 бар, определяемая по таблице П-2 в приложении.

Выбираем стандартную трубу с условным диаметром мм

( по таблице П-11 в приложении.

Диаметр патрубка для отвода конденсата:

Здесь скорость воды в патрубках; плотность воды при t_нп = 160 °С определяемая по таблице П-1 в приложении.

Выбираем стандартную трубу с условным диаметром мм

( по таблице П-11 в приложении.

При тепловом и конструкционном расчете использовалось Учебное пособие Теплообменное оборудование предприятий, 3-е дополненное переработанное, авторы А.Ф. Мурзич , А.Н. Иванов. Санкт-Петербург 2008г.