Мокрецова И.С.
Расчёт кожухотрубчатого теплообменника
Методом нагрузочных характеристик
Методические указания
Волгоград
2015 г.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской федерации
ВОЛЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Мокрецова И.С.
Расчёт кожухотрубчатого теплообменника
методом нагрузочных характеристик
Волгоград
УДК. 66.02 (076)
Рецензенты:
к.ф.м.н, доцент кафедры «Прикладная физика и математика» ВПИ (филиал) ВолгГТУ, Зубович С.О.
к.ф.м.н, доцент кафедры «Прикладная физика и математика» ВПИ (филиал) ВолгГТУ, Сухова Т.А.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета
Мокрецова И.С. Расчёт кожухотрубчатого теплообменника методом нагрузочных характеристик.
[Электронный ресурс]: методические указания/ И.С. Мокрецова – Электрон. текстовые дан.(1 файл: 3,82 MБ) – Волжский: ВПИ (филиал) ВолгГТУ, 2015 г. – Систем. требования: Windows 95 и выше; ПК с процессором 486+;CD-ROM.
Методические указания разработаны для расчёта вертикального одноходового кожухотрубчатого теплообменника с поперечными сегментными перегородками в межтрубном пространстве. Изложена методика расчёта, варианты контрольного задания, справочные материалы (таблицы и номограммы). Указания рассчитаны на студентов заочной формы обучения по специальности 080502.65 «Экономика и управление на предприятии (в химической промышленности)».
Ил. 5, табл. 3, библиограф. 7 назв.
| Ó Волгоградский государственный технический университет, 2015 Ó Волжский политехнический институт, 2015 |
содержание
| Задание для семестровой работы «Расчет вертикального одноходового кожухотрубчатого теплообменника с поперечными сегментными перегородками в межтрубном пространстве» | |
| Пример расчёта | |
| Рекомендуемая литература | |
| Приложение. Таблицы и номограммы |
Задание 3-2.
В трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника охлаждается жидкость от температуры tн до tк. Расход охлаждаемой жидкости G, скорость движения в трубах 
. Охлаждающая вода проходит противотоком по межтрубному пространству со скоростью 
в вырезах перегородок и нагревается от температуры tв.н. до tв.к. Диаметр шахматно расположенных труб 25 
2 мм. Определить плотность теплового потока, температуры поверхностей стенки, необходимую поверхность теплопередачи и расход воды. Использовать метод нагрузочных характеристик.
| № п/п | Жидкость | G, кг/с |  ,
м/с
| tн, ˚С | tк, ˚С | ,
м/с
| tв.н., ˚С | tв.к., ˚С |
| 1. | Бензол | 3.5 | 0.40 | 0.50 | ||||
| 2. | Толуол | 3.2 | 0.40 | 0.60 | ||||
| 3. | Этанол | 3.0 | 0.70 | 0.50 | ||||
| 4. | Метанол | 3.0 | 0.50 | 0.60 | ||||
| 5. | Бутанол | 6.0 | 1.5 | 0.45 | ||||
| 6. | Уксусная кислота | 3.2 | 0.5 | 0.55 | ||||
| 7. | Анилин | 3.5 | 0.6 | 0.30 | ||||
| 8. | Сероуглерод | 4.0 | 1.0 | 0.20 | ||||
| 9. | Тетрохлорид углерода | 5.0 | 0.8 | 0.40 | ||||
| 10. | Изопропанол | 3.0 | 1.0 | 0.60 | ||||
| 11. | Ацетон | 3.2 | 0.6 | 0.55 | ||||
| 12. | Бензол | 5.0 | 0.75 | 0.45 | ||||
| 13. | Толуол | 3.0 | 0.7 | 0.50 | ||||
| 14. | Этанол | 6.0 | 1.5 | 0.45 | ||||
| 15. | Метанол | 3.5 | 0.4 | 0.55 | ||||
| 16. | Бутанол | 3.2 | 0.65 | 0.35 | ||||
| 17. | Уксусная кислота | 5.0 | 0.9 | 0.5 | ||||
| 18. | Анилин | 4.0 | 0.7 | 0.6 | ||||
| 19. | Изопропанол | 3.5 | 0.4 | 0.4 | ||||
| 20. | Тетрохлорид углерода | 3.0 | 0.5 | 0.3 | ||||
| 21. | Ацетон | 4.0 | 1.0 | 0.6 |
| № п/п | Жидкость | G, кг/с | ,
м/с
| tн, ˚С | tк, ˚С | ,
м/с
| tв.н., ˚С | tв.к., ˚С |
| 22. | Сероуглерод | 2.5 | 0.6 | 0.3 | ||||
| 23. | Бензол | 3.5 | 0.6 | 0.6 | ||||
| 24. | Этанол | 4.0 | 1.0 | 0.4 | ||||
| 25. | Метанол | 4.0 | 1.0 | 0.6 | ||||
| 26. | Бутанол | 4.0 | 0.7 | 0.45 | ||||
| 27. | Уксусная кислота | 4.0 | 0.75 | 0.6 | ||||
| 28. | Анилин | 3.8 | 0.65 | 0.5 | ||||
| 29. | Сероуглерод | 3.0 | 0.8 | 0.25 | ||||
| 30. | Тетрохлорид углерода | 4.0 | 0.6 | 0.35 | ||||
| 31. | Изопропанол | 3.2 | 0.6 | 0.5 | ||||
| 32. | Ацетон | 5.0 | 0.8 | 0.5 |
Пример расчёта
В трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника охлаждается бензол от 
= 75ºС до 
= 25ºС. Расход бензола G = 3,5 кг/с. Он двигается по трубкам 25×2 мм со скоростью 
= 0,4 м/с. Охлаждающая вода движется противотоком по межтрубному пространству со скоростью = 0,5 м/с в вырезах перегородок и нагревается от = 18ºС до = 38ºС. Пучки труб - шахматные.
Определить: плотность теплового потока, температуры поверхностей стенки внутренних труб, поверхность теплопередачи, расход воды.
Решение:
Определяем средние температуры теплоносителей:
1) Для воды (как менее изменяемой свою температуру)
2) Среднелогарифмический температурный напор:
Так как в теплообменнике есть перегородка то 
умножается на поправочный коэффициент 
. Для этого необходимо определить две величины:
Тогда 
= 0,86 ∙ 18 = 15,5ºС (К)
3) Температура (средняя) бензола
4) По средним температурам обоих теплоносителей из соответствующих таблиц и номограмм выписываем основные физические параметры:
БЕНЗОЛ 
а) удельная теплоемкость 
б) плотность 
в) коэффициент динамической вязкости 
г) коэффициент теплопроводности: 
ВОДА 
а) удельная теплоемкость 
б) плотность 
в) коэффициент динамической вязкости 
г) коэффициент теплопроводности 
I. Определение расхода охлаждающей воды
Из уравнения теплового баланса:
II. Определение температур стенок внутренних трубок (методом нагрузочных характеристик). Бензол (по заданию) движется по внутренним трубкам диаметром 25×2 мм. Определяем режим движения бензола.
- турбулентный
Для круглых прямых труб при движении в них теплоносителя:
1 приближение.
Мы не знаем температуры стенки со стороны бензола. Задаемся 
По номограмме для бензола определяем критерий ″Рr″
Тогда коэффициент теплопередачи от бензола к стенке:
Плотность теплового потока в этом случае:
Определяем 
- со стороны воды.
где 
− для органических жидкостей
− для воды (загрязненная, невысокой температуры)
Охлаждающая вода обтекает в межтрубном пространстве шахматные пучки труб. Определяют режим движения воды.
- режим турбулентный
При обтекании шахматных пучков труб и 
По таблице для воды определяем критерии 
Коэффициент теплопередачи от стенки к воде:
По закону сохранения энергии д.б. 
, а у нас 
− следовательно 
- задались неверно.
2 приближение.
Задаемся 
и повторяем расчет заново 
при 
Таким образом, 
− но теперь . Строим нагрузочную характеристику: 
Проводим проверку: при , 
=> 
Невязка по ²q² 
− значит
Плотность теплового потока: 
(что в принципе видно из графика)
Определяем поверхность теплопередачи из управления:
Предварительно проверим значение ²q² по коэффициенту теплопередачи.
что близко к 
Тогда 
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература:
1. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Учебное пособие. Издательство высшая школа, 2008г. – 345с.
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов. Перепечатка с издания 1987 г., 14-е изд., стер., под ред. Романкова П.Г. – Минск: Альянс, 2007 г. – 576 с.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 12-е изд. – Москва: Альянс, 2005 – 753 с.
4. Беднарская Е.А., Мишта Е.Н. Теплообменные аппараты. Порядок выполнения семестровой работы по курсу Процессов и аппаратов химических технологий. Учебное пособие. ВолгГТУ, 2010г. – 86 с.
Дополнительная литература:
1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии [Текст]: учеб. для студ. хим.-технол. спец. вузов в 2 ч. Ч.1, Ч2: Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. Москва: Химия, 2002. – 400с.
2. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. Учебник в 2-х кн. Кн.2. под ред. Айнштейна В.Г. - Москва: Логос, 2003. - 872 с.
3. Баранов Д.А., Вязьмин А.В., Гухман А.А. Процессы и аппараты химической технологии. В 5 т., т. 1 под ред. Кутепова А.М. – Москва: Логос, 2000. – 480 с.
Приложение
Таблица 1
Физические свойства воды (на линии насыщения)
Пересчет в СИ: 1 кгс/см3 = 9,8∙104 Па
 |
Таблица 2
Плотность жидких веществ и водных растворов в зависимости от температуры
 |
Рис. 1 Номограмма значения критерия Pr для жидкостей
Рис. 2 Номограмма для определения динамического коэффициента вязкости жидкостей при различных температурах
Рис. 3 Номограмма для определения теплоёмкости жидкостей
Рис. 4 Поправочные коэффициенты εΔt для смешанного тока в многоходовых кожухотрубных теплообменниках:
а – с одним ходом в межтрубном пространстве и двумя, четырьмя, шестью и более ходами в трубном пространстве; б – с двумя ходами в межтрубном пространстве с поперечными перегородками и четырьмя ходами в трубном пространстве.
Рис. 5 Коэффициенты теплопроводности некоторых жидкостей
Учебное издание
Ирина Сергеевна Мокрецова
Расчёт кожухотрубчатого теплообменника
