Кожухотрубчатый теплообменник

ify">       Определим ряд значений температуры стенки со стороны нагреваемой жидкости (NaOH) по формуле [3, с. 22]: 

                                                  

                                (4)

                                  

где – толщина стенки трубок, (для трубы ) [3, с.31];

        – коэффициент теплопроводности материала трубок, [2, с. 512];

        - коэффициент теплопроводности накипи, Вт/(м К),

        =2 Вт/(м К) [2, c.514];

        - термическое сопротивление загрязнения, (м² К)/Вт, 

        =5800 (м² К)/Вт [2, c.514].  
 

       Подставив в формулу (4) численные значения, получим: 

       

       

       

       

       

 

       Рассчитаем  коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости. Коэффициент теплоотдачи входит в критерий Нуссельта [3, с. 17]: 

        ,                                            (5) 

где Nu – критерий Нуссельта;

       a_II – коэффициент теплоотдачи, Вт/м²×К;

       l – определяющий геометрический размер, l = 0,021 м ;

       l – коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/м×К.

       Выразим из уравнения (5) коэффициент теплоотдачи a_II: 

                                                             (6) 

       Режим движения характеризуется значением  критерия Рейнольдса, который определяется по формуле [3, с. 17]: 

       

где Re – критерий Рейнольдса;

       w – скорость движения жидкости, м/с;

         – динамический коэффициент вязкости;

         – плотность жидкости.

       В случае турбулентного режима движения жидкости (Re > 10000) критерий Нуссельта определяется по уравнению [3, с. 17]: 

        ,   (7) 
 

где e_l – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи отношение длины труб теплообменника к их диаметру, при ;

       Pr – критерий Прандтля при средней температуре воды;

       Pr_ст – критерий Прандтля при температуре стенки, равный [3, с. 18]:  

       

, 

где с  – удельная теплоемкость жидкости;

       m – динамический коэффициент вязкости жидкости;

       l – коэффициент теплопроводности жидкости.

       Значения  представлены в таблице 2 [6]. 

       Таблица 2- Значения .

 

       Рассчитываем  критерий Прандтля: 

       По  формуле (7) рассчитываем критерий Нуссельта: 

       

       

       

       

       

 

       По  формуле (6) рассчитываем коэффициент  теплоотдачи от стенки к жидкости: 

       

       

       

       

       

 

       Определим удельный тепловой поток из уравнения  теплоотдачи по формуле

       [3, с. 22]: 

       

 

или, подставив  численные значения, получим: 

       

       

       

       

       

 

        3.4 Определение  поверхности теплообмена 

       Определим истинное значение удельного теплового  потока. Для этого построим график зависимости удельных тепловых потоков q_I и q_II от температуры стенки t_ст1. Зависимость тепловых потоков q_I и q_II от температуры стенки t_ст1 представлена на рисунке 2. 
 
 
 

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 2 – Зависимость q_I и q_II от t_ст1 
 

       Значения  q_I, q_II, t_ст1 сведены в таблице 3. 

   Таблица 3 – Зависимость удельных тепловых потоков и от температуры стенки

 

       Ордината  точки пересечения кривых соответствует  истинному значению теплового потока, а абсцисса – истинное значение температуры стенки:

       q_ист=49∙10³

, t_{cт1 ист} = 115 °С.

       Определим истинное значение коэффициентов теплоотдачи [3, с. 23]: 

                                     (8) 

       Из  формулы (8) найдем: 

       

 

       По  формуле (4) вычисляем истинное значение температуры стенки: 

       

 

       

 

       Вычисляем истинное значение коэффициента теплоотдачи: 

       

 
 
 
 

       Вычисляем истинное значение коэффициента теплопередачи: 

       

   

       Определяем поверхность теплообмена:

                                                               

       

 

       4 Конструктивный расчет  теплообменника 

       4.1 Определение числа  труб и числа  ходов в трубном  пространстве 

       Определим число труб по формуле [3, с. 31]: 

        ,     (9) 

где n – число труб;

       d_P – расчетный диаметр трубы, равный  

       

 

       l – длина труб, м.

       Подставив в формулу (9) численные значения, получим: 

       

 

       Принимаем ближайшее стандартное значение n = 241.

       Определим число труб одного хода в трубном  пространстве по формуле

       [3, с. 31]: 

       

       

 

где V – объемный расход теплоносителя, м²/с;

         – число труб в одном  ходе;

       d_вн – внутренний диаметр труб, м;

       w – скорость движения теплоносителя, м/с.

       Определим скорость теплоносителя из принятого в тепловом расчете значения критерия Рейнольдса по формуле: 

       

 
 

       Тогда объёмный расход теплоносителя: 

       V =

 

а число  труб одного хода в трубном пространстве: 

       

 

       Найдем число ходов z_ТР в трубном пространстве по формуле: 

       

 

       Принимаем z_тр = 16. 

       4.2 Расчет внутреннего  диаметра корпуса 

       Внутренний  диаметр корпуса зависит от диаметра, шага, числа труб и схемы размещения в трубном пучке.

       Расстояние  между осями труб – шаг зависит от наружного диаметра [3, с. 33]: 

       t = (1,2 – 1,4) ∙ d_H, м 

или подставив  численные значения, получим: 

       t = (1,2 – 1,4) ∙ 0,038 = 0,0494 м.

       Диаметр корпуса  многоходового теплообменника рассчитываем по формуле [3, с. 33]: