Проект розрахунку кожухотрубного теплообмінника безперервної дії (стр. 6 из 8)

Теплове навантаження апарата визначаємо за формулою:

Q=G₂·C₂·(t_2к- t_2н), (2.1)

де Q - кількість теплоти, віддана гарячим теплоносієм, Вт

Q =

Вт

Витрата пари визначаємо з рівняння теплового балансу [3 (5.9)]:

Q=G₁·r·x→

(2.2)

G₁=

= 0,35 кг/с

Визначаємо середню різницю температур при противоточному русі теплоносіїв:

137,9 °С 137,9 °С >2

26°С 101 °С

____________________________

=111,9°С =36,9°С

Якщо відношення

>2, тоді середній температурний напір визначається як середня логарифмічна величина [3]

(2.3)

∆t_ср =

= 67,66 ^оС

На підставі практичних даних приймаємо орієнтоване значення коефіцієнта теплопередачі К_ор.=1000 Вт/(м²·К). Тоді орієнтоване значення необхідної поверхні теплообміну найдемо за формулою 2.4:

(2.4)

F =

= 11,24

Приймаємо по [3] до установки одноходовий кожухотрубний теплообмінник типу ТН із наступними характеристиками:

- площа поверхні 11,5 м²;

- діаметр корпуса 273 мм;

- діаметр труб 20х2мм;

- довжина труб 3 м;

- число труб 61;

- число сегментних перегородок 8 [4];

- число труб по діагоналі шестикутника 5.

Площа прохідного перетину одного хода по трубам f_тр =0,012

Площа прохідного перетину в міжтрубному просторі f_мтр =0,007.

Визначаємо режим руху теплоносія в трубах.

Для розрахунку підігрівача, NaNO₃ направляємо в трубний простір, а пар - у міжтрубний.

Швидкість NaNO₃ в трубному просторі:

(2.5)

ω =

= 0,096 м/с

Визначаємо критерій Рейнольда за формулою:

(2.6)

=20-2·2=16мм = 0,016 м

Re=

= 4821,3

Отже, режим руху NaNO₃ - турбулентний.

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі для NaNO₃ за формулою[3(5.27)].

(2.7)

де λ - коефіцієнт теплопровідності бензолу

l – геометричний розмір, м;

Nu – критерій Нусельта

(2.8)

де ε – поправний коефіцієнт враховуючий вплив на коефіцієнт

тепловіддачі відношення довжини труб к діаметр труб.

При

≥ 50, ε = 1.

Критерій Прандтля для NaNO₃ при

визначаємо за формулою [1]:

(2.9)

де μ – динамічний коефіцієнт в'язкість NaNO₃;

С – теплоємність NaNO₃.

P_r =

= 3,39

приймаємо

Тоді коефіцієнт тепловіддачі:

α₂ =

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі пара що конденсує за формулою.

(2.10)

де

- щільність пари при температурі конденсації, кг/м³;

μ – динамічний коефіцієнт в'язкість пари при

температурі конденсації;

l – довжина труб, м;

n – число труб, кіл;

G – витрата конденсату, кг/с;

- коефіцієнт, що залежить від числа труб у вертикальному

ряді

= 0,7 тому що n < 100

- коефіцієнт теплопровідності пари при температурі конденсації, Вт/мК.

α₁ = 2,02∙0,7∙0,6852

= 8179,42 Вт/м²·⁰С

Коефіцієнт теплопередачі визначаємо за формулою [3 (5.137,9)]:

(2.11)

де α₂ – коефіцієнт тепловіддачі для NaNO₃,

;

α₁ – коефіцієнт тепловіддачі для що конденсує пар,

;

- термічний опір стінки, ;

- термічний опір забруднень з боку теплоносіїв,

, (2.12)

де r₁ - термічне забруднення з боку NaNO₃ (1/5800

) [3];

r₂ - термічне забруднення з боку пара(1/2500

) [3];

λ_ст – коефіцієнт теплопровідності нержавіючої сталі

(λ_ст = 17,5

);

Δ_ст – товщина стінки (δ_ст = 0,002 м).

К =

= 321,95 Вт/м²·⁰С

Поверхня теплообміну визначаємо за формулою [3]:

, (2.13)

де Q - теплове навантаження теплообмінного апарата

(Q = 760500,0 Вт);

К - коефіцієнт теплопередачі (К = 321,95

);

- середній температурний напір ( = 67,66 ^оС)

F =

= 34,21 м²

Приймаємо по [3] до установки три одноходових кожухотрубних теплообмінників типу ТН із наступними характеристиками:

- площа поверхні 11,5 м²;

- діаметр корпуса 273 мм;

- діаметр труб 20х2мм;

- довжина труб 3 м;

- число труб 61;

- число сегментних перегородок 8 [3];

- число труб по діагоналі шестикутника 5.

Площа прохідного перетину одного хода по трубам f_тр =0,012

Площа прохідного перетину в міжтрубному просторі f_мтр =0,007

Схема з'єднання теплообмінників - послідовна [3].

Запас площі поверхні теплообміну:

= 0,85%.

Число ходів у міжтрубном просторі:

Z = 8 + 1 = 9

Площа перетину одного ходу міжтрубного простору: [3]:

(2.14)

де: L - довжина труби, м;

Z - число ходів у міжтрубном просторі;

в - число труб по діагоналі шестикутника

f =

= 0,058 м²

Швидкість руху пара що конденсує в міжтрубному просторі:

ω_в =

= 0,0065 м/с

Критерій Рейнольдса визначаємо за формулою [3 (3.26)]:

, (2.15)

де

- швидкість пара що конденсує в міжтрубном просторі, м/с;

- еквівалентний діаметр міжтрубного простору, м;

- щільність пара, кг/м³;

- в'язкість пара, Пас.