Расчет теплообменного аппарата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) Гидравлический расчет

Вариант 1

Скорость  жидкости в трубах:

 

Коэффициент трения рассчитывается по формуле:

 

 

Диаметр штуцеров к распределительной камере d=200мм - трубного пространства, d=250мм - межтрубного пространства [3].

 Рассчитаем скорость в штуцерах по формуле:

 

В трубном  пространстве следующие местные  сопротивления: вход в камеру и выход из нее, 1 поворот на 180 градусов, 2 входа в трубы и 2 выхода из них.

Рассчитаем  гидравлическое сопротивление по формуле:

 

 

Число рядов  труб, омываемых водой в межтрубном пространстве, m≈15 округлим в меньшую сторону: Число сегментных перегородок х=8, скорость раствора в штуцерах:

 

Скорость  воды в наиболее узком сечении  межтрубного пространства площадью S_мтр=0,069м², равна:

.

 

В межтрубном пространстве следующие  местные сопротивления: вход в камеру и выход жидкости через штуцера, 8 поворотов через сегментные перегородки и 9 сопротивлений трубного пучка при его поперечном обтекании (х+1).

Сопротивление межтрубного пространства равно:

 

 

 

 

Аналогично делаем гидравлический расчет для остальных вариантов, результаты расчета представлены в  таблице 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2. Данные гидравлического  расчета теплообменников.

 

Параметр	Вариант
	1	2	3	4
G1, кг/с	18	18	18	18
G2, кг/с	25,2	25,2	25,2	25,2
Sтр,м2	0,069	0,07	0,041	0,04
Sмтр, м2	0,069	0,07	0,041	0,04
Re1	14740	17532	13073	15076
Re2	13232	16304	22270	28533
z	2	2	1	1
n	690	442	389	257
L	3	4	4	6
dшт тр, м	0,25	0,25	0,15	0,1
dшт мтр, м	0,25	0,25	0,2	0,2
m	15	12	11	9
x	6	8	10	18
wтр, м/с	0,27	0,24	0,24	0,21
wшт тр, м/с	0,38	0,38	1,06	2,39
λ	0,02	0,02	0,019	0,02
wмтр, м/с	0,37	0,33	0,32	0,28
wшт мтр, м/с	0,13	0,13	0,16	0,16
Ртр, Па	708	616	1813	8395
Рмтр, Па	671	651	993	1333

 

Из расчетов можно сделать вывод, что вариант  теплообменника D кожуха=800 мм, d труб =20х2, поверхность теплообмена = 130м², длина труб = 3,0м, число ходов z = 2, общее число труб n = 690 больше всего подходит, так как он имеет оптимальный запас площади поверхности теплообмена, меньшую массу и потери давления в нем незначительно превышают по сравнению с вариантом, который имеет минимальные потери, но значительно большую массу.

 

 

 

 

 

3 Расчет пластинчатого теплообменника

Эффективность пластинчатых  и кожухотрубчатых теплообменников близка. Поэтому ориентировочный выбор пластинчатого теплообменника целесообразно сделать, сравнив его с лучшим вариантом кожухотрубчатого.

Из [1] следует, что поверхности, близкие в 63м², имеют теплообменники с пластинами площадью 0,5м² Выберем для поверочного расчета 2 варианта:

1. F=140.0 м², число пластин N=280, тип пластин 0,5;

2. F=140.0 м², число пластин N=236, тип пластин 0,6;

Уточненный  расчет требуемой поверхности.

Вариант 1.

Пусть компоновка пластин самая простая Сх:140/140, т.е. по одному пакету (ходу) для обоих  потоков.  Скорость раствора в 140 канале с проходным сечением 0,0018м² равна:

 

Эквивалентный диаметр каналов d_Э=0,008м,

 

т.е. режим  турбулентный, поэтому по формуле  находим:

 

Скорость  воды в 140 канале:

 

 

 

 

Сумма термических  сопротивлений гофрированной стенки из нержавеющей стали толщиной 1,0мм и загрязнений составляет

 

Коэффициент теплопередачи равен 

 

Требуемая поверхность  составляет

 

 

Теплообменник номинальной поверхностью  F_Iп=140м² подходит с запасом

 Его масса  М₁=3345кг.

 

Вариант 2

Компоновка  пластин Сх:140/140,  Скорость раствора в 140 канале с проходным сечением 0,00245м² равна:

 

Эквивалентный диаметр каналов d_Э=0,0083м,

 

т.е. режим  турбулентный, поэтому по формуле  находим:

 

Скорость  воды в 140 канале:

 

 

 

 

Сумма термических  сопротивлений гофрированной стенки из нержавеющей стали толщиной 1,0мм и загрязнений составляет

 

Коэффициент теплопередачи равен 

 

Требуемая поверхность  составляет

 

 

Теплообменник номинальной поверхностью  F_Iп=140м² подходит с запасом

 Его масса  М_Iп=2290кг.

 

Расчет гидравлического  сопротивления.

Для каждого  теплоносителя гидравлическое сопротивление  в пластинчатых теплообменниках  определяют по формуле:

 

где L – приведенная длина каналов, м; х – число пакетов для данного теплоносителя; w_шт – скорость в штуцерах на входе и на выходе, м/с; - для турбулентного движения; a₂=22,4 для выбранного типа пластин.

Вариант 1.

Результаты  расчета гидравлических сопротивлений:

; x₁=1; L=1.15м; d_ш=0,15м;

 

 

; x₂=1; L=1.15м; d_ш=0,15м;

 

 

Вариант 2.

Результаты  расчета гидравлических сопротивлений:

; x₁=1; L=1.15м; d_ш=0,15м;

 

 

; x₂=1; L=1.15м; d_ш=0,15м;

 

 

 

Вариант 2 является наиболее подходящим, так как имеет меньшую массу и гидравлические потери

 

 

4. Выводы

В данной курсовой работе были подобраны кожухотрубчатый и пластинчатый теплообменные аппараты, произведены тепловые и гидравлические расчеты.

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат имеет диаметр кожуха D кожуха=800 мм, d труб =20х2, поверхность теплообмена = 130м², длина труб = 3,0м, число ходов z = 2, общее число труб n = 690 М=3550 кг. В результате гидравлического расчета кожухотрубчатого теплообменника было определено:

1) потери  давления DРтр=708 Па  в трубном пространстве;

2) потери  давления DРмтр=671 Па  в межтрубном пространстве.

Пластинчатый  теплообменный аппарат F=140.0 м², число пластин N=236, тип пластин 0,6 М=2290кг.

В результате гидравлического расчета пластинчатого теплообменника было определено:

1) потери  давления DР₁= Па;

2) потери  давления DР₂= Па  в межтрубном пространстве.

Пластинчатый  теплообменник имеет меньшую  массу, но в кожухотрубчатом теплообменнике  гидравлическое сопротивление меньше, следовательно, он предпочтительнее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

 

1. Основные  процессы и аппараты химической  технологии. Пособие по курсовому  проектированию под ред. Дытнерского, М: Химик,