Расчет, разработка и проектирование теплообменного аппарата (стр. 2 из 3)

2.2 Уточнённый тепловой расчёт

Принятие приближённых температур

Задаюсь температурами стенки со стороны горячего и холодного теплоносителей и определяю физические свойства при этих температурах.

t_{ст гор}=39

;t_{ст хол}=25

Определение физических свойств теплоносителей при средних температурах

Определяю основные физические свойства теплоносителей с использованием математического метода интерполяции.

свойства	единица измерения	бензол при 39	вода при 25
плотность, ρ	кг/м3	858	996,5
теплоёмкость, С	Дж/кг·град	1,826·103	4,184·103
теплопроводность, λ	Вт/м·град	0,1403	0,6061
динам. вязкость, μ	Н·с/м2	0,492·10-3	0,9·10-3

Определение коэффициента теплоотдачи трубного пространства

Для этого вычисляем критерии Рейнольдса для теплоносителя протекающего в трубке:

>

Вычисляем критерий Pr по формуле:

.

;

.

Вычисляем критерий Nu по формуле:

, т.к. >

Определяем коэффициент теплоотдачи трубного пространства по формуле:

.

Принимаем d_расч=d_вн, полагая, что α₁<α₂.

вт/м²град.

Определение коэффициента теплоотдачи межтрубного пространства

Для этого вычисляем критерии Рейнольдса для теплоносителя протекающего в трубке:

, d_расч=d

Межтрубное пространство имеет прегородки, поэтому критерий Нуссельта определяем по формуле для поперечного обтекания шахматного пучка труб:

.

Коэффициент

, учитывающий влияние угла атаки , для нашего расчета принимаем равным =0,6 [12, т. 5, стр. 563, п.42]

Вычисляем Pr по формуле:

.

Вычисляем критерий Nu по формуле:

Определяем коэффициент теплоотдачи трубного пространства по формуле:

Принимаем d_расч=d.

вт/м²град.

Определение коэффициента теплопередачи

Определяем коэффициент теплдопередачи по формуле:

вт/м²*град.

Принимаем

r_загр1=

вт/м²*град (прилож. 10),

r_загр2=

вт/м²*град (прилож. 11),

вт/м²*град (прилож. 12).

Пересчёт средней температуры процесса теплообмена

Поскольку мы выбрали шестиходовой теплообменник, в котором теплоносители имеют смешанный ток движения, то требуется пресчитать среднюю температуру процесса теплообмена

.

Коэффициент

определяем по номограмме [12, т. 5, стр. 548-550] с использованием вспомогательных величин:

По схеме рис. VII-II [12, т. 5, стр. 548]

;

Проверяем правильность принятых температур стенок

Полученные величины отличаются от принятых более чем на 1

. Повторяем расчёт, начиная с п. 2.2.1.

=34 =25

Физические свойства теплоносителей

свойства	единица измерения	Бензол при 34	вода при 25
плотность, ρ	кг/м3	868,5	996,5
теплоёмкость, С	Дж/кг·град	1,803·103	4,184·103
теплопроводность, λ	Вт/м·град	0,1415	0,6061
динам. вязкость, μ	Н·с/м2	0,529·10-3	0,9·10-3

Повторное вычисление коэффициента теплопередачи трубного пространства

вт/м²*град

Повторное вычисление коэффициента теплоотдачи межтрубного пространства

вт/м²*град

Коэффициент теплопередачи

вт/м²*град

Проверка правильность принятой (повторно) температуры стенки

Полученные температуры стенки отличаются от принятых менее чем на 1

, поэтому дальнейшего приближения не производим.

Поверхность теплообмена

Расчетная величина поверхности теплообмена больше принятой, поэтому имеется возможность использовать теплообменник большей длины. Обращаемся к каталогу и окончательно выбираем шестиходовой ТН на давление до 0,6 Мн/м ² №46 с параметрами:

поверхностьтеплообмена,F, м2	диаметркорпусаDм, мм	длинатруб,l, м	диаметртрубd, мм	числотруб,nтр, шт
88	800	5	38	146

2.3 Механический расчёт

Механический расчет теплообменника сводится к определению основных элементов аппарата (кожуха, крышек, трубных решеток и т.п.) обеспечивающих его прочность, жесткость и безопасную длительную эксплуатацию аппарата.

Толщина стенки корпуса. Принимаем конструкционный материал σ_доп=136*10⁶ Н/м², коэффициент сварного шва φ = 0,8, добавку для компенсации коррозии С = 0,002 м, дополнительную добавку С_доп=0, давление Р = 4 мПа

Принимаем

=20мм

Выбираем эллиптическую конструкцию камер.

Толщина эллиптического днища

у = 2, табл. Стр. 51