Теплообменник "Труба в трубе"

      Масса теплообменника М=2290 кг [ 1, 56 ]. 

      ВАРИАНТ 2

      Рассчитаем  теплообменник Д=600 мм, d = 20x2 мм, число ходов  z = 4, общее число труб n = 334, поверхность теплообмена F = 84м², длинна труб         L = 4м.

      Определим объемный расход V₂, м³/с по формуле (4):

                                             .

                                            .

      Определим среднюю скорость воды , м/с по формуле (5):

                                                                                               

                             .

Определим критерий Рейнольдса Re по формуле (7):

                                      .

Следовательно,  режим течения жидкости турбулентный.

      По  найденному значению критерия Рейнольдса находим критерий Нуссельта Nu₂ по формуле (8):

                               

                                      

      

                .

      Определяем  коэффициент теплоотдачи  , Вт/(м²·К) по формуле (10):

                                   Вт/(м²·К).

      Коэффициент теплоотдачи от пара , Вт/(м²·К), лимитирующий теплопередачу определим по формуле (12):

                .

      Коэффициент теплопередачи

                           .

Тогда, требуемая  поверхность теплопередачи составит:

                                           .

      Из  [1, 51] подходит теплообменник Д=600 мм, d=20x2 мм, число ходов z=6, общее число труб n=316, длина труб L=4м, поверхность теплообмена F=79м² с запасом:

                                     .

      Масса теплообменника М=3500 кг [ 1, 56 ]. 

      ВАРИАНТ 3

      Выбираем  теплообменник Д=800 мм, d = 25x2 мм, число ходов  z = 6, общее число труб n = 384, поверхность теплообмена F = 90м², длинна труб         L = 3м.

      Определим объемный расход V₂, м³/с по формуле (4): 

                                             .

                                            .

      

      Определим среднюю скорость воды , м/с по формуле (5):

                                                                                             

                             .

Определим критерий Рейнольдса Re по формуле (7):

                                      .

Следовательно,  режим течения жидкости турбулентный.

      По  найденному значению критерия Рейнольдса находим критерий Нуссельта Nu₂ по формуле (8):

      

                .

      Определяем  коэффициент теплоотдачи  , Вт/(м²·К) по формуле (10):

                                   Вт/(м²·К).

      Коэффициент теплоотдачи от пара , Вт/(м²·К), лимитирующий теплопередачу определим по формуле (12):

                .

      Коэффициент теплопередачи

                           .

Тогда, требуемая  поверхность теплопередачи составит:

                                           .

      Из  [1, 51] подходит теплообменник Д=600 мм, d=20x2 мм, число ходов z=4, общее число труб n=334, длина труб L=4м, поверхность теплообмена F=84м² с запасом:

                                     .

      

      Масса теплообменника М=3500 кг [ 1, 56 ].

      Из  проведенных расчетов видно, что  первый вариант теплообменника лучше, так как он имеет наименьшую массу  и подходит с запасом ∆ = 10,3%.

      Дальнейшее  сопоставление проведем по гидравлическому  сопротивлению для 1 и 2-го вариантов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      

      

      2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА

      Вариант 1

      Рассчитаем  скорость жидкости в трубах , м/с по формуле (13):

                                                  ,                                                       (13)

      где - площадь сечения одного хода по трубам, м², = 0,042 [ 1, 57].

                                              

      Коэффициент трения λ рассчитываем по формуле (14):

                                         ,                                        (14)

      где e = ∆/d – относительная шероховатость труб;

            ∆ - высота выступов шероховатостей ( в расчетах при примем 0,2 мм).

                           .

      Диаметр штуцеров в распределительной камере d_тр.ш = 0,2 м [1, 55], скорость в штуцерах , м/с определим по формуле (15):

                                .

      Гидравлическое  сопротивление трубного пространства ∆p_тр, Па рассчитывается по формуле (15):

,      (15)

где  L – длина труб, м;

       z – число ходов по трубам.

Па 
 
 

      Вариант 2

      Рассчитаем  скорость жидкости в трубах , м/с по формуле (13):

                                      

      Коэффициент трения λ рассчитываем по формуле (14):

                            .

      Диаметр штуцеров в распределительной камере d_тр.ш = 0,1 м [1, 55], скорость в штуцерах , м/с определим по формуле (15):

                                .

      Гидравлическое  сопротивление трубного пространства ∆p_тр, Па рассчитывается по формуле (15): 

Па

                       

      

                           

      Наиболее  лучшим является теплообменник с Д=600 мм, d = 25x2 мм, числом ходов z = 2, общим числом труб n = 240, поверхностью теплообмена F = 57м², длинной труб  L = 3м, так как он имеет наименьшее сопротивление и наименьшую массу. 
 

      

1. Выбор насоса

      Основными типами насосов, применяемых в химической технологии, являются центробежные, поршневые и осевые насосы. При проектировании обычно возникает задача определения необходимого напора и мощности при заданной подаче жидкости, перемещаемой насосом. Далее по этим характеристикам выбирают насос конкретной марки.

      

      Зная  объемный расход V₂ и  напор h_n   по таблице [ 1, 38 ]   выбираем насос удовлетворяющий условия      V₂  < Q_табл и    h_n < H_насос .

                   V₂ = 2∙10^-2 м³/с ,         h_n = Δр/9810 =  1718,02/9810 = 0,175 м.в.ст.                                                                                         

      Выбираем  насос марки Х90/19, Q_табл = 2,5∙10^-2 м³/с, H=13 м.в.ст. ,                n = 48,  3с^-1   ,η_н = 0,7, электродвигатель тип АО2-51-2, N_н =10 кВт.                                                                                     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      

      

3. РАСЧЕТ  ТОЛЩИНЫ ИЗОЛЯЦИИ КОЖУХА

      Толщину тепловой изоляции δ_н найдем из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду:

                                ,                              (16)

где α_в = 9,3+0,058 t_ст2 – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляционного материала в окружающую среду;

       t_ст2 – температура изоляции со стороны окружающей среды; для аппаратов, работающих в закрытых помещениях t_ст2 = 35÷45⁰С;

       t_ст1 – температура изоляции, со стороны аппарата, t_{ст1 =} t_пара = 134⁰С;

       t_в – температура окружающей среды, ⁰С;

       λ_и - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м∙К).

      Рассчитаем  коэффициент теплоотдачи от внешней  поверхности изоляционного материала  в окружающую среду α_в:

                                  α_в = 9,3+0,058∙40 = 11,62 Вт/(м²∙К).

      В качестве материала для тепловой изоляции выбираем совелит, имеющий коэффициент теплопроводности λ_и = 0,09 Вт/(м∙К).

      Толщину тепловой изоляции найдем по  формуле (16):

                                     м.

      Принимаем толщину изоляции 0,036 м. 
 
 
 
 
 
 
 
 

      

      

      Содержание

   Введение ………………………………………………………………………… 4

   Глава 1 …………………………………………………………………………… 5

   1 Конструкция теплообменных аппаратов ……………………………………. 5

    1.1  Теплообменники типа «труба в  трубе»………………………………….. 5

    1.2  Погружные трубчатые теплообменники ………………………………... 6

    1.3  Оросительные теплообменники …………………………………………. 7

    1.4  Теплообменники с плоскими поверхностями нагрева ………………… 8

    1.5  Кожухотрубные теплообменники ………………………………………. 8

2 Обоснование  выбора теплообменного аппарата  ……………………………13