Проектирование выпарной установки (стр. 5 из 6)
где D - высота выступов шероховатостей (в расчётах можно принять D=0.2 мм)
Тогда относительная шероховатость труб для первого и второго теплообменника соответственно:
е1=0.2/(20-4)=0.0125
е2=0.2/(25-4)=0.0095
Коэффициент трения для первого теплообменника l1:
Коэффициент трения для второго теплообменника l2:
Диаметр штуцеров в распределительной камере dтр.ш=150 мм / 3, табл. 2.6 / (для каждого теплообменника, скорость в штуцерах wтр.ш, м/с:
м/сФормула для определения гидравлического сопротивления в трубном пространстве Dртр, Па / 3, ф-ла. 2.35 /:
(34)Гидравлического сопротивления в трубном пространстве для первого теплообменника Dртр1:
= 709.98 Па
Гидравлического сопротивления в трубном пространстве для второго теплообменника Dртр2:
= 597.12 Па
Число рядов труб омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве m приближенно принимается / 3, ф-ла. 2.34 /:
(35)где n – количество труб
Для первого теплообменника m1:
Для второго теплообменника m2:
Число сегментных перегородок для первого теплообменникаХ1/ 3, табл. 2.7/:
Х1=6
Число сегментных перегородок для второго теплообменника Х2:
Х2=10
Диаметр штуцеров к кожуху dмтр.ш / 3, табл. 2.6 /:
dмтр.ш=150 мм
Скорость потока в штуцерах (для каждого из теплообменников) по ф-ле. (31):
м/сСкорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства для первого теплообменника Sм.тр=0.017 м2:
м/сСкорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства для второго теплообменника Sм.тр=0.025 м2:
м/сЗначение Re межтрубного пространства:
(36)Значение Re межтрубного пространства для первого теплообменника:
Значение Re межтрубного пространства для второго теплообменника:
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства Dрмтр, Па / 3, ф-ла. 2.36 /:
(37)Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для первого теплообменника Dрмтр1, Па:
=18.338 Па
Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для второго теплообменника Dрмтр1,2:
= 13.05 Па
3.2.9. Выбор аппарата по каталогу.
Проанализировав данные уточнённого расчёта, а также расчёт гидравлического сопротивления, мы видим, что оба теплообменника одинаково хорошо подходят (расходы теплоносителей одинаковы, гидравлические сопротивления различаются незначительно).На мой взгляд более предпочтителен аппарат №1, так как его габариты меньше, чем у аппарата №2. Следует так же отметить, что любой из этих аппаратов обеспечит необходимую площадь теплообмена с учётом запаса.
Таблица 2. Параметры кожухотрубчатого теплообменника
| D, мм | d, мм | Число ходов | n, шт. | Np | F, м2 | Sтр.,м2 |
| l=2 м | ||||||
| 400 | 20 | 2 | 166 | 14 | 21 | 0.017 |
3.3. Расчёт холодильника упаренного раствора.
3.3.1. Определение средних температур теплоносителей.
Рис. 2 Температурная схема движения теплоносителей при противотоке
tкон ,t’кон – температура упаренного раствора до и после холодильника, °С;
tнач.в,tкон.в – температура охлаждающей воды до и после холодильника, °С;
Конечную температуру воды и упаренного раствора выбираем самостоятельно, причём t’кон следует принять из интервала 40-30 °С.
По формулам (24-26) определяем:
Dtб = 89.168 – 35 = 54.168 °С
Dtм = 40 – 13 = 27 °С
°ССреднюю температуру воды найдём как среднее арифметическое tвод.ср., °С:
tвод.ср= (tнач.в+tкон.в)/2 (38)
tвод.ср= (13+35)/2=24 °С
Средняя температура раствора tср.р, °С:
tср.р= tвод.ср+Dtср (39)
tср.р=24 + 39.02 = 63.02 °С
3.3.2. Тепловой баланс холодильника.
Количество теплоты, которое необходимо отвести от раствора для его охлаждения:
Q= Gкон скон (tкон-t’кон) (40)
где Gкон – расход упаренного раствора кг/с;
скон – удельная теплоёмкость раствора при tср.р. и Хкон, Дж(кг К)
Удельная теплоёмкость раствора скон раствора при tср.р. и Хкон
(Приложение 2, п.3):
скон=3937 Дж(кг К)
Расход упаренного раствора Gкон,кг/с по формуле (2):
Gкон=1.164 кг/с
Q=1.164 3937 (89.168-40)=2.253 105 Вт
Так как вся отводимая от раствора теплота передаётся охлаждающей воде, то её расход можно найти по формуле:
(41)где Gвод – расход охлаждающей воды, кг/с;
свод – теплоемкость воды при температуре tвод.ср.,Дж/(кг К)
Удельная теплоемкость воды при температуре tвод.ср (Приложение 2 п.3):
свод=4187 Дж/(кг К)
кг/с3.3.3. Ориентировочный расчёт холодильника.
Зададимся ориентировочным коэффициентом теплопередачи от жидкости к жидкости / 2, табл. 4.8 /:
Кор=1000 Вт/(м2 К)
Рассчитаем ориентировочную площадь теплообмена по формуле (23);
м2Рассчитаем скорость течения раствора wтр по трубному пространству холодильника с диаметром труб d=20 мм и площадь сечения Sтр трубного пространства, необходимые для обеспечения турбулентного режима течения раствора по формулам (29,30).
Плотность раствора rр и коэффициент динамической вязкости mр при tср.р.и Хкон (Приложение 2, п.1,п.2)
rр=1018 кг/м3
mр=4.606 10-4 Па с
м/с 
м2Рассчитаем скорость течения в воды межтрубном wмежтр и площадь сечения Sмежтр межтрубного пространства, необходимые для обеспечения турбулентного режима.
(42)Плотность воды rв и коэффициент динамической вязкости mв при tвод.ср. (Приложение 2, п.1,п.2)
rв=996.467 кг/м3
mв=9.082 10-4 Па с
Эквивалентный диаметр при поперечном обтекании равен наружному диаметру трубы d.
м/с 
(43) 
м23.3.4. Выбор холодильника упаренного раствора.
Для обеспечения турбулентного режима номинальные площади проходных сечений трубного и межтрубного пространств должны быть меньше рассчитанных. Исходя из площади теплообмена и величин полученных проходных сечений мы должны выбрать теплообменник с наиболее подходящими параметрами, проанализировав данные расчёта делаем вывод, что для обеспечения требуемых параметров, необходимо использовать два, последовательно соединённых одноходовых аппарата. По каталогу / 3, табл. 2.3 /
Таблица 3. Параметры кожухотрубчатого теплообменника