Гидравлический расчет
Скорость хлорбензола в трубном пространстве
ωтр=G1/Sтр*ρ=0,49 м/с; 1
Коэффициент трения определяем по формуле:
λ=0,25*{lg[e/3,7+(6,81/Reтр)0,9]}-2 =0,25*{lg[0,2*10- 3/0,021*3,7+(6,81/60225)0,9]}-2 =0,0386;
e=Δ/d=0,2/0,021=9,52 м;
где е-шероховатость труб, Δ-высота выступов шероховатостей
ωтр.ш=G*z/(π*dтр.ш2*ρ)=5,55*6/(3,14*0,152*1029)=0,458 м/с;
Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве равно:
Δpтр=λ*(L*z/d)* (ωтр2*pтр/2)+[2,5*(z-1)+2*z]*(ωтр2*pтр/2)+3*(ωтр.ш2*pтр/2)=
0,0386*(82,5/0,021)*(0,492*1029/2)+[2,5(6-1)+2*6]*
(0,492*1029/2)+3*(0,4582*1029/2)=21998 ПА ≈ 0,02 мПА.
Гидравлический расчет закончен.
Так как ΔРдопол ≥ Δpтр, то можно считать, что теплообменник для нагрева хлорбензола водяным паром выбран верно.
1 - [1, c 68]
Механический расчет
Компенсатор:
По полученным в ходе расчёта данным выбираем стандартный теплообменник и для него находим стандартный линзовый компенсатор.
Данные по физическим свойствам материалов кожуха и труб:
Коэффициенты линейного расширения кожуха и труб:
λк =11,5*10-6 1/оС;
λтр=11,5*10-6 1/оС;
Температура сборки теплообменника to=25 oC;
Средние температуры tк =147 oC;
tтр=133 oC;
Длина труб L=2 м;
Модуль упругости Ек=2,1*105 мПА.
При расчете линзового компенсатора вначале вычисляем разность между линейным температурным расширением кожуха и труб:
Δк= [λк(tк-tо)-λтр(tтр-tо)]LΔt =[11,5*10-6*(147-25)-11,5*10-6*(133-25)]*2*71=
=2,28*10-2=0,0228 м;
Где Δt средняя разность температур кожуха и труб, равная:
Δt=0,5*[׀tт1+tт2׀- ׀tм1+tм2׀]= 0,5*[׀30+130׀-׀151+151׀]= 71 oC;
Где верхние индексы 1 и 2 относятся соответственно к условиям на входе в аппарат и на выходе из него.
Расчетное число линз в компенсаторе определяем по соотношению:
Zл=Δк/Δл= 22/7,5 ≈ 3;
Где Δл- компенсирующая способность одной линзы. Полученное значение Zл округляем до ближайшего целого числа.
Усилие в компенсаторе рассчитываем по формуле:
Рк= [λк(tк-tо)-λтр(tтр-tо)]LЕк/Мк= 1,61*10-4*2*2,1*105/91221= 7,41*10-4;
Где Мк - параметр многолинзового компенсатора:
Мк=Zл*Пк= 3*30407= 91221;
Где Пк – параметр однолинзового компенсатора, βк=D/Dл= 0,6/0,85= 0,7, αл – коэффициент, зависящий от βк, Dл, Sл – наружный диаметр и толщина стенки линзового компенсатора; Dв – внутренний диаметр кожуха. 1
Пк=0,06* αл*(1- βк)*D2в/(πSл3)= 0,06*0,7*(1-0,72)*0,5902/(3,14*0,00353)=
=30407.
Данные по линзовому компенсатору:
Теплообменник |
Значение одной линзы |
Стакан |
|||||||||
|
|||||||||||
Dв |
Zл |
D |
L |
L1 |
S |
P |
М |
D1 |
L2 |
S1 |
M |
|
шт |
мм |
|
кг |
мм |
кг |
|||||
600 |
3 |
850 |
140 |
70 |
3,5 |
|
22,1 |
596 |
240 |
3 |
10,6 |
1 - [1, c 407]
Выводы
В ходе приближённых вычислений площадь поверхности теплообмена составила F = 28,86 м2 при коэффициенте теплопередачи К = 500 Вт/(м2*К)
По каталогу был выбран кожухотрубчатый теплообменник с поверхностью теплообмена F = 31 м2 при расчете коэффициента теплопередачи по заданному теплообменнику К получился на 106 единиц больше первоначального из этого следует, что первоначально коэффициент теплопередачи, был задан не точно.
Запас площади теплообмена для нашего теплообменника составило 8,52%, в то время как уточненный расчет показал, что эта величина равна 7,66% .
Из гидравлического расчета следует, что ΔРдопол ≥ Δpтр, а это означает, что теплообменник для нагрева хлорбензола водяным паром выбран верно.
В ходе расчета разности температур было установлено, что оно составило > 50 oC из этого следует, что в нашем теплообменнике наблюдается значительное линейное расширение деталей теплообменника чтобы этого избежать на корпус был установлен стандартный линзовый компенсатор с числом линз равной трем.