Проектирование теплообменных аппаратов

Введение 

    В различных отраслях промышленности, на транспорте, в энергетических установках и специальных установках новой  техники применяется огромное количество разнообразных теплообменных аппаратов. Наиболее широкое распространение в промышленных установках получили кожухотрубные рекуперативные теплообменники. Они могут работать в широком диапазоне температур и давлений и применяются как в качестве индивидуальных аппаратов, так и в виде элементов различных тепло и тепломассообменных установок (выпарных, ректификационных, холодильных и т.п.).

    В настоящее время все более  широкое применение находят пластинчатые теплообменные аппараты, поверхность  теплообмена которых выполнена  из стальных листов, набранных в  пакеты с проходами для теплоносителя  между ними. Такие аппараты очень компактны и по своим технико-экономическим и эксплуатационным показателям во многих случаях превосходят лучшие теплообменники, изготовленные из труб.

    При решении задачи выбора наиболее эффективного аппарата при заданных параметрах теплоносителей и условий эксплуатации обязательным является проведение расчетов теплообменников различных типов с целью последующего их сравнения по ряду критериев, таких как: эффективность теплопередачи, гидродинамическое совершенство, компактность, удобство эксплуатации и т.п.

 

РАСЧЕТ  СЕКЦИОННОГО ВОДОВОДЯНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ 

Исходные  данные:

    Выбрать типоразмер секционного водоподогревателя  и произвести его тепловой и гидравлический расчет при следующих исходных данных:

- производительность  аппарата      Вт;

- температуры  греющей воды: на входе     ^оС ;

                                на выходе     ^оС ;

- температуры  нагреваемой воды: на входе    ^оС ;

                                      на выходе    ^оС ;

- скорость  воды в трубках аппарата (ориентировочная)  м/с. 

Расчет

1) Определяем  расходы холодного теплоносителя  в трубках и горячего теплоносителя в межтрубном пространстве аппарата.

    Массовый  расход нагреваемой воды:

, кг/с,

    где - массовая удельная теплоемкость воды, Дж/кг.

    Объемный  расход нагреваемой воды:

, м³/с,

    р_вн =976,28 кг/м³ - плотность воды при температуре =(95+50)/2 =72,5 °С

    Массовый расход греющей воды:

, кг/с.

    Объемный  расход греющей воды:

, м³/с,

    р_вг = 956,57 кг/м³ - плотность воды при температуре =(140+65)/2 = 102,5°С.

 

2) Определяем  необходимую площадь сечения трубок подогревателя при заданной скорости течения воды в трубках по формуле

, м².

3) По таблице 1 приложения и полученной величине подбираем тип подогревателя со следующими характеристиками: м²; мм; м²; м; м² (при длине секции 4 м); мм трубки латунные непрофилированные. 

4) Для  выбранного типоразмера подогревателя  определяем фактические скорости  воды в трубках и межтрубном пространстве по формулам:

, м/с,

, м/с.

5) Определяем  средний коэффициент теплоотдачи  от греющей воды к стенке трубки:

 Вт/(м²×К)

6) Определяем  средний коэффициент теплоотдачи  от стенки к нагреваемой воде:

 Вт/(м²×К)

7) Определяем коэффициент теплопередачи по формуле:

, Вт/(м²×К),

где - коэффициент эффективности теплообмена. Для гладкотрубных аппаратов с блоком опорных перегородок =1,2;

         - коэффициент, учитывающий загрязнение  труб, принимаем  =0,9;

         - коэффициент теплопроводности  материала стенки. Для латуни:

          =105 Вт/(м²×К). 

8) Среднеарифмическая  разность температур между греющей  и нагреваемой водой:

, ^оС.

    Для противоточного движения теплоносителя в данном случае:

, ^оС;

, ^оС.

 

9) Требуемая  поверхность нагрева

, м². 

10) Определяем  число секций водоподогревателя  длиной 4 м:

 секции,

    принимаем: =6 секций.

11) Действительная  поверхность нагрева, согласно  технической характеристике выбранного  нами аппарата, составит:

, м². 

12) Потери давления  в трубном пространстве подогревателя  при длине секции 4 м:

, кПа,

    где - коэффициент, учитывающий накипеобразование. Принимаем =2. 

13) Потери давления  в межтрубном пространстве

, кПа,

    где - коэффициент, принимаемый по таблице 7. 

14) Выбираем  из таблиц 1 и 2 приложения необходимые  параметры выполнения габаритного  чертежа с указанием присоединительных  размеров и выполняем габаритный чертеж подогревателя. 

15) Заносим  основные характеристики аппарата  в сводную таблицу 1.