Технологический расчет: Теплообменник

Содержание.

Задание      

Введение.          

1.Технологическая  схема установки     

2.Технологический  расчет.

2.1.Составление  температурной схемы

2.2.Определение  средней температуры теплоносителя

2.3.Определение  средней температурной нагрузки  аппарата

2.4.Определение расхода рассола

2.5.Определение  ориентировочной площади поверхности  теплообменника

2.6.Выбор теплообменника  по ГОСТу

2.7.Расчет коэффициента  теплопередачи

2.8.Расчет минимальной  скорости течения жидкости по  трубам

2.9.Определение  площади поверхностного сечения по трубам

2.10.Расчет требуемой  площади      

Заключение.          

Литература.           
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Технологический  расчет. 
 

      2.1.Составим  температурную схему. 

                                         +55 32º С;

                        +8      2º С;

                                      ; 
 

      2.2.Определим средние температуры теплоносителей. Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (водноспиртовой раствор), индекс «2» - для холодного теплоносителя (рассол).

      Предварительно найдем среднюю температуру рассола: 

            t_ст2 = 0,5 (2 + 8) = 5º С; 

среднюю температуру этилового спирта: 

             =5 + 37,78 = 42,78º С;  

где - средняя разность температур, равная при потоке теплоносителей 
 

                   = 37,78º С;

      2.3. Без учета потерь тепла расход теплоты:

 Вт;

     Расход  рассола:

 кг/с;

где =4190 Дж/(кг К) и =3300 Дж/(кг К) - удельные теплоемкости [В.И.Баранцев табл. 20 и табл.17].

      2.4.Объемные расходы смеси и воды:

     

   

где и - плотности рассола и водноспиртовой смеси [В.И. Баранцев табл.20 и табл.17]  

     2.5.Наметим варианты теплообменных аппаратов. Для этого определим ориентировочно значение площади поверхности теплообмена, полагая Кор = 120 по [К.Ф. Павлов табл. 4.8], т. е. приняв его таким же, как и при теплообмене от жидкости к жидкости для воды:

            

Принимаем = 2 ,ориентировочно число труб n=13

      Для обеспечения интенсивного теплообмена  попытаемся подобрать аппарат с  турбулентным режимом течения теплоносителей.  Рассол направляем в трубное пространство, так как это активная среда, водноспиртовую смесь - в межтрубное пространство.

      В теплообменных трубах Æ25*2 мм холодильников по ГОСТ 15120-79 скорость течения смеси при Re 2 > 10000 должна быть более

где - вязкость рассола при 5º С; [В.И. Баранцев табл.17].

Проходное сечение  трубного пространства при этом должно быть менее

 Число труб, обеспечивающих такой режим, должно  быть:

      

Выберем теплообменник [К.Ф. Павлов, таб. 4.12]:

1. Теплообменник «кожухотрубный»   D = 159 мм; d = 25*2; F = 61м²

 L =2 м;

      Теплообменник «кожухотрубный» (ГОСТ 15120-79)

     Скорость  течения в трубах, для обеспечения турбулентного режима, должна быт более

     Составим  схему процесса теплопередачи 

а) Скорость и критерий Рейнольдса для рассола

где - вязкость рассола при 5º С; [В.И. Баранцев табл.17].

б) Скорость и  критерий Рейнольдса водноспиртовой смеси

Где S1-проходное сечение межтрубного пространства между перегородками по ГОСТ 15120-79;µ1=1,116*10^-3-вязкость водноспиртовой смеси[В.И.Баранцев табл.20];d₁-наружный диаметр труб, определяющий линейный размер при поперечном обтекании.

Для расчета  теплопередачи необходимо знать  t_ст.1 и  t_ст.2.Для потока в трубах при Re<10000 они влияют на выбор расчетной формулы через посредство произведения GrPr. Зададим значение t_ст.1 =42,78°С и t_ст.2=3,5°С.

=37,78+5=42,78°С

=0,5*(2+5)=3,5°С

а) Коэффициент теплоотдачи для водноспиртовой смеси при Re ≤ 1000

При поперечном омывании потоком трубного пучка рекомендуется использовать формулу:

 Коэффициент влияния угла атаки ε_φ=0,6  [К.Ф.Павлов табл.4,5]

Тогда

Значений вязкости, плотности и теплоемкости при 42,78°С нет в таблице, поэтому рассчитывали по разностям между 5 и 0 градусами, находили значение на один градус и находили нужный коэффициент для 43 градусов,аналогично и для рассола с температурой 3,5°С

б) Коэффициент  теплоотдачи для рассола Re=799,02

Для выбора расчетной  формулы определим произведение GrPr при определяющей температуре - средней температуре пограничного слоя.

 

GrPr при Re < 10000.

       <8·10⁵

      Тогда по [рис. 4,1 К.Ф. Павлов] при Re=799

         

       ;

Коэффициент теплоотдачи  для воды:

(444,82 должно быть)

Рассчитаем термическое  сопротивление стенки и загрязнений

      

; (3.22)

      

;

Коэффициент теплопередачи:

      

;   (3.23)

  2.9. Поверхностная плотность потока:

      

;  

  Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

             ; 

С допуском в 10 %  

Необходимое число  аппаратов

Принимаем N=1

запас    

Масса теплообменника по ГОСТ 15120-79 [К.Ф. Павлову, табл.4.13]

Масса одного теплообменника М₁=255 кг ,тогда