Расчет кожухотрубного теплообменника (стр. 2 из 6)

Расчетная площадь поверхности теплообмена по формуле (1):

м².

Площадь поверхности теплообмена выбранного теплообменного аппарата F=17,5 м² , что отвечает требуемой поверхности, т.е. для выполнения уточненного расчета оставляем ранее выбранный в ориентировочном расчете аппарат.

1.7 Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата

Уточненным называется расчет коэффициентов теплоотдачи с учетом температуры стенки.

Расчет температуры стенки ведем методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Задаемся значением температуры стенки со стороны пара, равным

= 100⁰С.

Расчет коэффициента теплоотдачи при конденсации пара с учетом температуры стенки на пучке вертикальных труб будем вести по формуле [1, с. 24]:

, (8)

где

, , , - плотность, теплопроводность, удельная теплота конденсации, динамическая вязкость пленки при ; - разность температур стенки и конденсирующегося пара;

- длина труб.

Температура пленки:

⁰С.

Для

= 16,5 ⁰С:

= 59,06·10^-2 Вт/(м·К);

= 998,7 кг/м^3;

= 2460,85 ·10³ Дж/кг; = 1108 ·10^-6 Па·с.

По формуле (8):

Вт/(м²·К).

Удельная тепловая нагрузка со стороны пара:

Рассчитываем температуру стенки со стороны воды [1, с.16]:

, (9)

По формуле (9):

⁰С.

При этой температуре для воды [2, табл. ХXXIX]

(Рr_ст2 )_І= 2,48.

С учетом температуры стенки

;

.

Удельная тепловая нагрузка со стороны воды:

Сравнивая (q₁)_I с (q₂)_I, приходим к выводу, что 91571,5>>52088, поэтому расчет температуры стенки продолжаем, задаваясь другим значением температуры стенки со стороны пара.

Второе приближение

Задаемся температурой стенки со стороны пара (t_ст1)_II = 105 ⁰С.

Температура пленки:

⁰С, тогда = 133-105 = 28 ⁰С

Для

= 14 ⁰С:

= 58,46·10^-2 Вт/(м·К);

= 999,2 кг/м^3;

= 2467,6 ·10³ Дж/кг;

= 1186 ·10^-6 Па·с.

По формуле (7):

Вт/(м²·К).

Удельная тепловая нагрузка со стороны пара:

Рассчитываем температуру стенки со стороны воды по формуле (9):

⁰С.

При этой температуре для воды [2, табл. ХXXIX]

(Рr_ст2 ) = 2,158.

С учетом температуры стенки:

;

.

Удельная тепловая нагрузка со стороны воды:

И во втором приближении разница между (q₁)_ІІ и (q₂)_II более 5%

Расчет продолжаем, определяя t_ст1 графически по пересечению линий q₁=f(t_ст1) и q₂=f(t_ст2)

По найденному графически температуре (t_ст1)_ІІІ=104,15С выполняем третий, проверочный расчет.

Температура пленки:

⁰С, тогда = 133-104,5 = 28,85 ⁰С

Для

= 14,425 ⁰С:

= 58,56·10^-2 Вт/(м·К);

= 999,15 кг/м³;

= 2466·10³ Дж/кг;

= 1173 ·10^-6 Па·с.

По формуле (7):

Вт/(м²·К).

Удельная тепловая нагрузка со стороны пара:

Рассчитываем температуру стенки со стороны воды по формуле (9):

⁰С.

При этой температуре для воды [2, табл. ХXXIX]

(Рr_ст2 )= 2,1.

С учетом температуры стенки:

;

.

Удельная тепловая нагрузка со стороны воды:

Сравнивая (q₁)_III с (q₂)_ІІІ, приходим к выводу, что отклонение

т.е. не превышает 5%, поэтому расчет можем считать законченным.

Удельные тепловые потоки по обе стороны стенки равны (рис.2)

Рис. 2 Схема процесса теплопередачи

По формуле (7) коэффициент теплопередачи:

.

Площадь поверхности аппарата определяем по формуле (1):

м²,

По [1, табл. 1.8] ГОСТ 15122-79 окончательно выбираем двухходовой аппарат диаметром d=325 мм, с числом труб n = 56 шт, с длиной теплообменных труб L = 4000 мм и F = 17,5 м².

1.8 Обозначение теплообменного аппарата

1) Диаметр кожуха D = 325 мм по [1, с. 29] ГОСТ 9617-76.

2) Тип аппарата ТНВ – теплообменник с неподвижными трубными решётками вертикальный.

3) Условное давление в трубах и кожухе – 0,3 МПа.

4) Исполнение по материалу – М₁.

5) Исполнение по температурному пределу – 0 – обыкновенное.

6) Диаметр трубы d= 25 мм.

7) Состояние поставки наружной трубы – Г – гладкая.

8) Длина труб L= 4,0 м.

9) Схема размещения труб – Ш – по вершинам равносторонних треугольников.

10) Число ходов – 2.

Группа исполнения – А.

Теплообменник

гр. А ГОСТ 15122-79.

Рис. 3. Вертикальный двухходовой кожухотрубчатый теплообменник

1-кожух; 2-трубная решетка; 3-трубка, 4-крышка, 5-распределительнаякамера

2. Конструктивный расчет

Цель конструктивного расчета теплообменных аппаратов с трубчатой поверхностью теплообмена – расчет диаметров штуцеров и выбор конструкционных материалов для изготовления аппаратов, трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных трубок и трубных решеток к кожуху; конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними; распределительных камер, крышек и днищ аппарата; фланцев, прокладок и крепежных элементов; конструкций компенсирующего устройства, воздушников, отбойных щитков, опор и т.п [1, стр.42].

2.1 Выбор конструкционных материалов для изготовления аппарата

Материал выбирают по рабочим условиям в аппарате: температуре, давлениям, химическим свойствам теплоносителей и др. При выборе материала пользуемся рекомендациями [1, табл. 2.2] и ГОСТ 15199-79, 15120-79, 15121-79, в которых указаны материалы основных деталей в зависимости от группы материального исполнения.