Расчет кожухотрубчатого теплообменника

Определение коэффициента теплопередачи  для нагреваемого сырья (межтрубное пространство)

Определим объемный расход сырья:

Определим среднюю скорость толуола:

Значение критерия Рейнольдса для межтрубного пространства определим  по уравнению:

Режим движения – ламинарный.

 

 

Определим значение критерия Прандтля по уравнению:

Для определения критерия Нуссельта воспользуемся уравнением [5, стр.285]:

Тогда коэффициент теплоотдачи  будет равен:

 

 

7. Определение коэффициента теплопередачи.

Считаем, что аппарат  будет изготовлен из обычной углеродистой стали, имеющей коэффициент теплопроводности λ_ст=17,5 Вт/(м×К). Учтем также появление в процессе эксплуатации аппарата загрязнений как со стороны нагреваемого сырья r_заг.2=1/5800 Вт/(м²·К), так со стороны горячей воды r_заг.1=1/2900 Вт/(м²·К).

Тогда коэффициент теплопередачи будет равен:

где и - коэффициенты для межтрубного и трубного пространств;

- термическое сопротивление стенки  трубы, зависит от её толщины  и коэффициента теплопроводности материала .

 

 требуется выбирать теплообменник  с большей площадью.

 

8. Определение расчетной  площади поверхности теплопередачи  и запаса площади.

Расчётную поверхность  теплопередачи определим по формуле:

Данный запас превышает  рекомендуемый нормами технологического проектирования 30%, поэтому выбираем другой аппарат. Запас не удовлетворяет рекомендуемой норме технологического проектирования (10-30%), поэтому выбираем другой аппарат.

 

К установке  принимается теплообменник со следующими характеристиками:

поверхность теплопередачи  ;

диаметр кожуха _;

общее число труб

длина труб ;

число ходов z=1

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

 

1. Число ходов z=2

  Число труб n=618 шт.

   Длина  труб L=3 м

 

2.Расчет гидравлического сопротивления трубного пространства

Рассчитываем  скорость воды в трубах теплообменника:

 

3. Находим коэффициент трения:

4. Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемся в трубном пространстве:

ζ₁=1,5 - входная и выходная камеры;

ζ₂=2,5 – поворот между ходами;

ζ₃=1,0 – вход в трубы и выход из них;

5. Скорость воды в штуцерах

Местное сопротивление  на входе в распределительную  камеру и на выходе их нее следует  рассчитывать по скорости жидкости в  штуцерах. Диаметр штуцера нормализованных  кожухотрубчатых теплообменников при диаметре кожуха D=800 мм, d_тр.ш.=150 мм.

Рассчитываем  скорость воды в штуцерах:

6. Рассчитываем гидравлическое сопротивление трубного пространства:

 

7. Рассчет гидравлического сопротивления межтрубного пространства

Рассчитываем скорость воды в межтрубном пространстве  теплообменника

8. Находим коэффициент  трения λ₂ :

Коэффициенты местных  сопротивлений потоку, движущемся в межтрубном пространстве:

ζ₁=1,5 - вход и выход жидкости;

ζ₂=1,5 – поворот через сегментную перегородку;

9. Выписываем из табл.1 и 2 число сегментных перегородок n_п и диаметр штуцеров для межтрубного пространства. Для теплообменника с диаметром кожуха D=800мм, число сегментных перегородок n_п=6, диаметр штуцеров d_мтр.ш.=250мм

9. Скорость толуола в штуцерах :

 

 

10. Число рядов труб  омываемых водой в межтрубном  пространстве

 

 

11. Число сегментных перегородок из табл.2,7

x=6м.

 

12. Гидравлическое сопротивление  в межтрубном пространстве:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ВЫВОД

В результате технологического расчета был выбран двухходовой  кожухотрубчатый теплообменник жёсткого типа со следующими характеристиками:

поверхность теплопередачи  ;

диаметр кожуха ;

общее число труб ;

длина труб ;

число ходов z = 1;

Тепловой нагрузкой коэффициентом теплопередачи гидравлическим сопротивлением трубного пространства  гидравлическим сопротивлением межтрубного пространства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ под ред. Ю.Д. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. 496 с.

2. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ под ред. Ю. И. Дытнерского. М.: Химия, 1983. 272 с.

3. Расчет теплообменных аппаратов: Метод. указание к курсовому и дипломному проектированию/ Самар.политехн.ун-т ; Сост. В.Д. Измайлов, В.В. Филиппов Самара, 2006, 108 с.

4. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособие для вузов/ под ред. П. Г. Романкова. 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. 576 с.

5. Основные процессы  и аппараты химической технологии : учебник для вызов/под ред. А.Г. Касаткина 11-е изд., перепич. с изд. 1973г.-М.: ООО ТИД «Альянс», 2005.-753 с.