Проект розрахунку кожухотрубного теплообмінника безперервної дії

- площа поверхні 11,5 м²;

- діаметр корпуса 273 мм;

- діаметр труб 20х2мм;

- довжина труб 3 м;

- число труб 61;

- число сегментних перегородок 8 [3];

- число труб по діагоналі шестикутника 5.

Площа прохідного перетину одного хода по трубам f_тр =0,012

Площа прохідного перетину в міжтрубному просторі f_мтр =0,007

Схема з'єднання теплообмінників - послідовна [3].

Запас площі поверхні теплообміну:

= 0,85%.

Число ходів у міжтрубном просторі:

Z = 8 + 1 = 9

Площа перетину одного ходу міжтрубного простору: [3]:

(2.14)

де: L - довжина труби, м;

Z - число ходів у міжтрубном просторі;

в - число труб по діагоналі шестикутника

f = = 0,058 м²

Швидкість руху пара що конденсує в міжтрубному просторі:

щ_в = = 0,0065 м/с

Критерій Рейнольдса визначаємо за формулою [3 (3.26)]:

, (2.15)

де - швидкість пара що конденсує в міжтрубном просторі, м/с;

- еквівалентний діаметр міжтрубного простору, м;

- щільність пара, кг/м³;

- в'язкість пара, Пас.

(2.16)

d_э = 0,0505 м

Re = = 1166,97

2.2 Конструктивний розрахунок

Таблиця 2 - Вихідні данні

№	Найменування	Позначення	Числове значення	Одиниці виміру	Література
1	Крок розбивки труб	t	25,6	мм
2	Зовнішній діаметр труб	dн	20	мм	[3]
3	Число труб	n	61	шт.	[3]
4	Діаметр кожуха внутрішній	Дк	273	мм	[3]

t=d_нар·1,28 мм (2.17)

де t - крок розбивки труб, мм;

d_нар - зовнішній діаметр труб, мм.

t=20·1,28 = 25,6 мм

Відношення кроку між трубами до зовнішнього діаметра труб:

(2.18)

в = = 1,28

Кут, утворений центральними лініями трубних рядів при розміщенні труб по вершинах рівносторонніх трикутників (за правилами шестикутників) б =60°.

Коефіцієнт заповнення трубної плити:

, (2.19)

де n - число труб, шт.

0,866 = sіn60°

d - діаметр кожуха, м;

t - крок труб, м

ц

Ступінь заповнення перетину трубами в подовжньому потоці визначаємо за формулою [3]:

, (2.20)

де - відношення кроку між трубами t до зовнішнього діаметра

труб;

р - постійна величина, 3,14;

- коефіцієнт заповнення трубної плити;

- 60° - кут при вершині рівностороннього трикутника.

ч_пр =

Проводимо необхідні розрахунки для визначення ширини перегородки [3]:

(2.21)

де - витрата пара, м/с;

- щільність пара, кг/м³;

- внутрішній діаметр корпуса, м;

- центральний кут сегмента перегородки, град.;

- повна площа перетину апарата, м²

0,0058 = 0,00011 - 0,00623

-56,64=52,73

Методом приближень визначаємо кут :

	sin	52.73*sin	- 56.64*sin
90 100 110 120	1 0.98 0.94 0.87	57.32 56.18 53.89 49.87	32.68 43.82 56.11 70.13

Таким чином, центральний кут сегмента перегородки =82°.

= = 41?

Ширина перегородки визначається як

b=r+r·cos(г/2) (2.22)



r = = 0,1365

cos = cos 41?= 0,7547 = (b - 0,1365)/0,1365

b=0,7547·0,1365+0,1365=0,28

Згідно розрахунку вибиваємо горизонтальний кожухотрубний підігрівач з наступною характеристикою: площа поверхні теплообміну 11,5 м²; діаметр корпусу 273 мм; діаметр труб 20x2 мм; довжина труб 3 м; число труб 61; число сегментних перегородок 8; число труб по діагоналі шестикутника 5.

2.3 Розрахунок та вибір діаметрів штуцерів

Таблиця 4 - вихідні дані

Найменування	Літерне позначення	Число	Розмірність	Джерело
В'язкість NaNO3	м	0,54·10-3	Па*с	[3]
Еквівалентний діаметр міжтрубного простору	dэ	0,0505	м	[теп. розр]
Щільність NaNO3	с2	2260	кг/м3	[3]
Щільність пара	с1	927,89	кг/м3	[3]
Витрата пара	G1	0,35	кг/с	[теп.розр]
Витрата NaNO3	G2	2,6	кг/с	[вих. дані]
Швидкість NaNO3	W2	0,053	м/с

Розрахунок ведеться згідно джерелу [1].

Схема з'єднання теплообмінників - послідовна, секційна. Швидкість руху робочих середовищ в патрубках (штуцерах) по можливості повинна співпадати з робочою швидкістю середовища в апараті, встановленою в розрахунку. Тому швидкість води в патрубках, що сполучають міжтрубні простори теплообмінників, а також NaNO₃, що рухається з апарату в апарат по з'єднувальним їх колінах, приймаємо приблизно рівною швидкості руху цих середовищ в теплообміннику.

Визначаємо швидкість руху NaNO₃ по трубах теплообмінника:

(2.23)

де м₁ - в'язкість NaNO₃, Па/с

d_э - еквівалентний діаметр міжтрубного простору, м;

р₂- щільність NaNO₃, кг/м³;

Rе - критерій Рейнольдса для NaNO₃, Rе=11320

W_б = = 0,053 м/с

Швидкість пара в міжтрубному просторі W_п=35м/с

Діаметр патрубків (штуцерів) визначається за формулою:

d₌ (2.24)

де G₂- витрата пара, кг/с;

G₁ - витрата NaNO₃ у трубному просторі, кг/с.

d_б = 1,13 = 0,093 м

d_п = 1,13 = 0,154 м

Труби для виготовлення патрубків і колін діаметром:

для пара - 108x4 мм, для NaNO₃ 159x6 мм [6].

2.4 Гідравлічний розрахунок

Таблиця 5 - Вихідні дані

Найменування	Літерне позначення	Число	Розмірність	Джерело
Площа поверхні тепловіддачі	F	34,21	м2	[Теп. розр.]
Коефіцієнт місцевого опору міжтрубного простору	омтр	1		[1]
Коефіцієнт місцевого опору трубного простору	отр	1,5		[1]
Діаметр кожуха	dk	273	мм	[1]
Щільність NaNO3	с2	2260	кг/м3	[3]
Щільність пара	с1	927,89	кг/м3	[3]
Швидкість руху теплоносія в трубному просторі	wтр	0,053	м/с	[розр.діам. штуц.]
Швидкість руху теплоносія в міжтрубному просторі	wмтр	0,0065	м/с	[Теп. розр.]

Розрахунок ведеться згідно джерела [1].

Метою гідравлічного розрахунку є визначення величини втрати тиску теплоносіїв при їх русі через теплообмінні апарати. Втрата тиску Др при проходженні теплоносіїв через труби і в міжтрубному просторі теплообмінника складається з втрат на опір тертю і на місцеві опори, а також залежить від конструкції апарату. Гідравлічний опір трубного простору:

(2.25)

де л_тР- коефіцієнт тертя трубного простору, Вт/(м*к);

L- довжина теплообмінних труб, м;

d_э- діаметр еквівалентний трубного простору, м;

о- коефіцієнт місцевого опору трубного простору;

p- густина NaNO₃, кг/м;

w- швидкість руху теплоносія у вузькому перетині потоку, м/с.

Коефіцієнт тертя трубного простору:

л_тр=0,3165/Re^0,25 (2.26)

де Rе- критерій Рейнольдса;

0,3165- коефіцієнт, залежний від форми перетину трубопроводів.

л_тр=0,3165/11320^0,25=0,0307 Bт/(м²*К)

?p_тр = = 15,35 Па

Гідравлічний опір міжтрубного простору:

(2.27)

де л_тР- коефіцієнт тертя трубного простору, Вт/(м*к);

L- довжина теплообмінних труб, м;

d_э- діаметр еквівалентний трубного простору, м;

о- коефіцієнт місцевого опору міжтрубного простору;

p- густина NaNO₃, кг/м;

w- швидкість руху теплоносія у вузькому перетині потоку, м/с.

Коефіцієнт тертя міжтрубного простору:

л_мтр=0,3165/1166,97^0,25=0,054

?p_мтр = = 0,72 Па

Загальний гідравлічний опір:

_ДP= ДP_тр+ДP_мтр (2.28)

Дp= 15,35 + 0,72 ? 16,07 Па

Список літератури

1. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической промышленности. - Г.: Химия, 1967 - 847 с.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической промышленности. - Л.: Химия, 1987 - 567с.

3. Иоффе И.Л. Проектирования процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991- 352с.

4.Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Помощь на проектирование. - Г.: Химия, 1983 - 272 с.

5.Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов - Л.: Машиностроение, 1981.

6.Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок. Учебное пособие для техникумов. - Г.: Высшая школа, 1970.

7.Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И.Дытнерского - М., Химия, 1991 - 496 с.

8.Плановский А.Н. Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учебник - М., Химия, 1987 - 496с.

9.Романков П.Г., Курочкина М.И., Мозжерин Ю.Я. Процессы и аппараты химической промышленности - Л., Химия, 1989 - 560 с.