Теплообменник "Труба в трубе"

      

трубам, так как в этом случае применение антикоррозийного материала необходимо только для труб, решеток и камер, кожух не может быть сделан из обычного материала; для уменьшения потерь теплоты теплоноситель с высокой температурой целесообразно пропускать по трубам; теплоноситель, из которого выделяются осадки, рекомендуется пропускать с той стороны поверхности теплообмена, которую легче очищать; теплоноситель с высоким давлением следует направлять в трубное пространство, чтобы корпус теплообменника не находился по давлением.

      Конструкцию теплообменного аппарата выбирают на основании технико-экономического расчета. При этом сопоставляют капитальные  затраты на изготовление и годовые  эксплуатационные расходы. В ряде случаев идут на увеличение капитальных затрат в том случае, если они быстро окупаются за счет экономии эксплуатационных затрат. Когда проектируют теплообменник для технологического процесса, задача расчета заключается в определении площади его теплообменной поверхности и габаритных размеров аппарата.

      Из  рассмотренных теплообменных аппаратов  при заданной производительности 96000 кг/ч выбираем кожухотрубный теплообменник. [1] 

 

       3 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА 

      Материалом  для изготовления стальных сварных аппаратов являются полуфабрикаты, поставляемые металлургической промышленностью в виде листового сортового и фасонного проката, труб, специальных поковок и отливок.

      Материал  должен быть химически и коррозионностойким в заданной среде при ее рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку, а также иметь возможно низкую стоимость и быть недефицитной.

      При выборе материала должны учитываться  механическая прочность, термостойкость, химическая стойкость, физические свойства.

      Учитывая  все вышеперечисленное, мы выбираем в качестве материала для тепловой изоляции совелит, а для теплообменника выбираем качественную углеродистую конструкционную сталь.

      Марка стали 20, d_в=420,d_т=250. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      

      

      ГЛАВА 2

      1 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА 

      Принимаем для межтрубного пространства индекс «1», для трубного «2». При заданном давлении температура насыщенного водяного пара будет равна [2].

                                     .

      Найдем  среднюю разность температур :

                                  .

      Найдем  среднюю температуру  для воды по формуле (1):

                                           ;                                                       (1)

                                         .

      В таблице 1 приведены теплофизические  свойства воды при температуре 40⁰ [ 2, 143 ].

      Таблица 1 – Теплофизические свойства 

 
 
      

      

      Расчет  теплообменника проводят последовательно  в соответствии с общей блок –  схемой [1].

Определяем  тепловую нагрузку аппарата Q, Вт, по формуле (2):

                            ,                                           (2)

где     G₂ –   производительности        теплообменника,      кг/с ;

           с₂ -   удельная теплоемкость, Дж/(кг·К).

              Вт.

      Насыщенный  водяной пар при имеет r = 2161 кДж [1]. Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к воде примем равным Вт/(м²·К) [ 1, 47 ].

      Рассчитаем  ориентировочное  значение  поверхности  теплообмена F_ор , м²   по формуле (3):

                                                 

,                                                        (3)

где       Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт ;

             - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К) ;

                                .

ВАРИАНТ 1

      По  ориентировочному значению поверхности теплообмена выбираем теплообменник с параметрами [ 1, 51 ]: Д=600 мм, d = 25x2 мм, число ходов       z = 6, общее число труб n =196 , поверхность теплообмена F = 91м², длинна труб         L = 6м.

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

                                                     ,                                                               (4)

где  G₂ –   производительности        теплообменника,      кг/с ;

             - плотность воды, кг/м³. 

                                             .

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

                                                 ,                                                      (5)

      где V₂ – объемный  расход  воды,  м³/с;

            S₂ – живое сечение трубопровода, м²;

                                                      ;                                                 (6)

                                               ;

             n – общее число труб;

       z – число ходов.

                             .

Определим критерий Рейнольдса Re по формуле (7):

                                          ,                                                       (7)

где - средняя скорость воды, м/с;

       d – внутренний диаметр труб, м;

      -  коэффициент динамической вязкости, Па·с.

                                      .

Следовательно,  режим течения жидкости турбулентный.

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

                                  ,                             (8)

      

      где  - критерий Pr при температуре стенки того же теплоносителя. 

      

      

      Температура стенки t_ст определяется по формуле (9):

                                          ,                                       (9)

                                  .

      Исходя  из этого критерий Pr_ст = 1,5 [].

                .

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

                                                  ,                                                   (10)

      где - критерий Нуссельта;

             - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);

              d_вн – диаметр труб, м.

                          Вт/(м²·К).

        Рассчитаем температуру конденсата, удовлетворяющего условие  [ 1, 53 ].

                                     ,

                                     .

      Теплофизические свойства  насыщенного   водяного   пара      при     t=110⁰ приведены в таблице 2 [ 2, 143 ]. 

      Таблица 2 – Теплофизические свойства насыщенного  водяного пара. 

 

Рассчитаем  расход пара G₁ , кг/с по формуле (11):

                                                 ,                                                         (11)

кде r – удельная массовая теплота конденсации ( испарения ).

                                        .

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

                                        ,                                             (12)

      где n – общее количество труб.

                .

      Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений  со стороны воды и пара равна [ 1,47 ]:

                    ,

      Коэффициент теплопередачи

                           .

      

Тогда, требуемая  поверхность теплопередачи составит:

                                           .

      Из  [1, 51] подходит теплообменник Д=600 мм, d=25x2 мм, число ходов z=2, общее число труб n=240, длина труб L=4м, поверхность теплообмена F=75м² с запасом:

                                     .