Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий

 

Далее находим расход пара, т/ч:    ,                                               (1.14)

где и - энтальпия пара и воды при температуре 121⁰С;

Определяем гидравлические потери  в подогревателе по формуле:

,     (1.15)

где l – длина трубок, м;

z – число ходов;

- скорость нагреваемой воды, м/с;

- плотность нагреваемой воды, кг/м³;

  - коэффициент гидравлического трения, определяемый как:

,    (1.16)

где - коэффициент эквивалентной шероховатости внутренней поверхности трубы                                             

- сумма местных сопротивлений,  определяемая 

Подставим значения в формулу (1.15) и определим потери давления:

Для проверки правильности расчетов определим гидравлические потери в  зависимости от коэффициента загрязнения

 ,   (1.17)

где l – длина трубок, м;

z – число ходов;

- скорость нагреваемой воды, м/с;

- коэффициент загрязнения.

Эта формула показывает, что из-за загрязнения, образующегося на стенках труб, потери давления возрастают в 2,2 раза.

 

3. Расчет и подбор охладителя конденсата

 

Охладитель конденсата представляет собой водоводяной теплообменник. В качестве греющей среды используется конденсат с температурой на входе в теплообменник t_г1 = 121⁰С и температурой на выходе из охладителя конденсата t_г2 = 95⁰С. Подбор и расчет охладителя конденсата проводится аналогично подбору и расчету пароводяного теплообменника, производится по площади сечения трубок, принимая скорость нагреваемой воды ω₂ = 1 м/с.

Плотность рассчитывается по формуле (1.8). Здесь средняя температура  определяется:                                            

Тогда найдем плотность нагреваемой  воды

Расход нагреваемой воды остается постоянным, определим расчетную  поверхность труб:                                   

По таблице технических характеристик  водоводяных подогревателей по ОСТ 34588-68 принимаем теплообменник №12, который имеет следующие конструктивные характеристики

1. Диаметр корпуса D_корп = 219/207 мм;

2. Длина трубок L = 3000 мм;

3. Число трубок N_труб = 64;
4. Площадь нагрева F_секц = 12,00 м²;
5. Площадь сечения трубок = 0,00985 м²;
6. Площадь межтрубного пространства = 0,02079 м²;
7. Эквивалентный диаметр D_экв = 0,0215 м;
8. Коэффициент В_мт = 10.

Действительная скорость нагреваемой воды определяется по формуле:

Определим по аналогичной зависимости  скорость конденсата в межтрубном пространстве:                                                         ,                                                   (1.18)

где G₁ – расход конденсата, т/ч;

  - площадь межтрубного пространства, м²;

ρ₁ – плотность конденсата, кг/м³, определяется по формуле:

,    (1.19)

где - средняя температура конденсата, ⁰С;

Подставляя значение средней температуры, определим плотность по (1.19):

Далее определим скорость конденсата:

Зная скорость конденсата и коэффициент, учитывающий конструкцию опор в межтрубном пространстве φ = 0,9 (опоры-полки) определяем коэффициент теплоотдачи от конденсата к стенке трубок α₁, , по формуле:

Коэффициент теплоотдачи нагреваемой  воды определяется, с учетом φ₂ = 1 (учитывает вид трубок, применяются гладкие):

Определяем коэффициент теплопередачи  аналогично как при расчете пароводяного подогревателя:

Площадь поверхности нагрева определяется по формуле

,       (1.20)

Δt_ок – температурный напор, ⁰С, определяемый:

Рис. 3 График температур

Расчетная площадь нагрева определяется:

Находим число секций подогревателя  длиной 4м по формуле:

,      (1.21)

где F_расч – расчетная площадь поверхности нагрева, м²;

- площадь поверхности нагрева  одной секции, м².

Устанавливаем одну секцию длиной 4 м.

Определим потери давления в охладителе конденсата Δp_к нагреваемой среды, исходя из формулы:                                         ,                                              (1.22)

где - скорость нагреваемой воды, м/с;

n_секц – приведенное количество секций;

ψ – коэффициент, учитывающий накипеобразование;

B₂ – потери давления в одной секции четырехметрового подогревателя, B₂ = 7,5 кПа

Потери давления в межтрубном пространстве теплообменника определяются по формуле:                                                         ,                                                        (1.23)

где - скорость греющей воды, м/с;

n_секц – приведенное количество секций;

B₁ – потери давления в межтрубном пространстве, B₁ = 10 кПа

 

2. РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

 

В настоящее время разработано  большое число теплообменников, поверхность теплообмена которых выполнена из листовой стали гофрированных пластин. Эти теплообменники очень компактны и по технико-экономическим, и эксплуатационным показателям превосходят лучшие теплообменники изготовленные из труб.

 

2.1 Конструктивные особенности  пластинчатых теплообменников

 

Пластинчатые теплообменные аппараты (рекуператоры) используются с целью  передачи тепла к холодной среде от горячей через теплопередающую поверхность, имеющую сложную форму, за счет которой поток рабочей среды подвергается искусственной турбулизации, при сравнительно малых затратах энергии поверхность теплообмена образована из набора тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью, для изготовления которых применяют коррозийно-стойкие материалы (титан, хромоникелевые стали и сплавы). Каждая пластина в работающем аппарате омывается двумя рабочими средами: с одной стороны – охлаждаемой, а с другой – нагреваемой. В результате между средами происходит теплообмен. Среды, протекающие поперек гофров, турбулируются, что способствует интенсификации теплообмена. Для сохранения герметичности и выдержки в аппарате  разности давлений по обе стороны пластины предусмотрены точки опор гофр.

Пакетом является группа пластин, образующих каналы, по которым среда движется только в одном направлении. Один или несколько пакетов, сжатых между неподвижной и подвижной  плитами, образуют секцию.

Пластинчатые теплообменники можно  применять для рекуперации тепла  между потоками рабочих сред в охладителях, подогревателях, конденсаторах.

При отложении загрязнений на теплопередающих поверхностях можно периодически переключать каналы на такие рабочие среды, которые очищают поверхности от загрязнений, которые поддаются химической промывке.

Существуют два вида теплообменников: разборные и неразборные.

При первых для герметичности пластин используют резиновую прокладку. Используются в тех случаях, если теплоноситель выделяет накипь при нагревании. У неразборных теплообменников уплотнения достигаются за счет спайки пластин. При сборке пакета пластины повернуть одна относительно другой на 180°, причем все резиновые прокладки обращены в сторону подвижной плиты. Углы пластин имеют отверстия для прохода рабочих сред.

При компоновке пластинчатых теплообменников  могут быть использованы два вида пластин: типа Н и типа L. Первые характеризуются высокой степенью гофрировки, высоким коэффициентом теплоотдачи и теплопередачи, высоким гидравлическим сопротивлением. Угол гофра составляет 120°. Пластины типа L характеризуются низкой степенью гофрировки, низкой степенью турбулизации потока небольшим сопротивлением. Угол гофра составляет 60°. Также существует третий вид теплообменников М, когда пластины H и L чередуются.

 

2.2. Расчет пластинчатого теплообменника  M10-BFG/L

 

В данном курсовом проекте производим расчет пластинчатого теплообменника M10-BFG/L при следующих исходных данных:

1. Максимальная производительность  теплообменника ;

2. Температура нагреваемой воды  на входе в теплообменник ;

3. Температура нагреваемой воды  на выходе из теплообменника  ;

4. Температура греющей воды на  входе в теплообменник ;

5. Температура греющей воды на  выходе из теплообменника .

 

Требования: располагаемые потери давления по ходу греющей и нагреваемой  воды не должны превышать 20-60 кПа.

 

Расчет теплообменника начинаем с  определения расходов греющей и нагреваемой среды по уравнению теплового баланса:

,  (2.1)

,                                                   (2.2)

где - максимальное количество теплоты, выделяемое на горячее водоснабжение, ;

с – теплоемкость, с=4,19 ;

 и  - соответственно температуры греющей среды на входе и выходе из теплообменника, ;

 и  - соответственно температуры нагреваемой среды на входе и выходе из теплообменника, ;

- коэффициент, учитывающий теплопотери  от корпуса ТО и от поверхности  пластин в окружающую среду.

Определяем температурный напор  в теплообменном аппарате: по формуле:

,      (2.3)

где - разность температур сред на выходе из теплообменника, ;

- разность температур сред  на входе в теплообменник,  .

 и  определяем по рис. 4 (график температур)

Рис.4. График температур

Температурный перепад будет равен:

Определим средние температуры  греющего и нагреваемого теплоносителя:

      (2.4)

Плотность нагреваемой и греющей  воды, , находим по формуле:

    (2.5)

 

Характеристики теплообменника М10-BFG:

• максимальное число пластин 275 шт:
• высота теплообменника 981 мм;
• эквивалентный диаметр канала 4,93 мм;
• поверхность нагрева пластины 0,24 м²;
• площадь живого сечения канала 0,000835 м²;
• диаметр патрубков ( ) 110/100 мм;
• коэффициент С в зависимости от типа каналов:

0,2347 (H)   0,1666 (M)    0,1112 (L)

• коэффициент В в зависимости от типа каналов:

11,55 (H)   8,20 (M)    5,47 (L)

• коэффициент В_k в зависимости от типа каналов:

249 (H)   89,3 (M)    51,9 (L)

• коэффициент В_п 0,6

 

Примем число ходов, равным 4.

Определяем скорости движения нагреваемого и греющего теплоносителя:

,    (2.6)

где - расход греющей или нагреваемой среды, т/ч;

- плотность нагреваемой и  греющей воды, ;

- площадь живого сечения патрубка, м²