Гидравлический расчет теплообменника

Целью гидравлического расчета парового теплообменника является определение гидравлического сопротивления при движении жидкости по трубному пространству и мощности, необходимой для перемещения теплоносителя.

Гидравлическое сопротивление для трубного пространства теплообменного аппарата определяется по формуле

где – потеря давления на трение и преодоление местных сопротивлений, Па;

– коэффициент трения;

– число ходов по трубному пространству;

– длина трубок, м;

– внутренний диаметр трубок, м;

– сумма коэффициентов местных сопротивлений;

– плотность теплоносителя, кг/м³;

– скорость движения теплоносителя в трубках, м/с.

Значения коэффициента трения определяются по таблице XII и рисункам 1.5, 1.6 [4] или рассчитываются для стальных гидравлически шероховатых труб по формуле [4]

где – относительная шероховатость труб;

– средняя высота выступа (бугорков) на стенках трубы, равная для стальных цельнотянутых и сварных труб при незначительной коррозии – 0,2 мм.

Для коэффициентов местных сопротивлений в кожухотрубчатых теплообменниках рекомендуется принимать следующие значения [4]:

входная или выходная камера – 1,5;

поворот на 180 °С между ходами – 2,5;

вход трубы или выход из них – 1,0.

Мощность, потребляемая двигателем насоса, рассчитывается по формуле

где – мощность насоса, Вт;

– объемный расход теплоносителя, м³/с;

– полная потеря напора, Па;

– общий к.п.д насосной установки, равный 0,7 – 0,8.

Литература

1 Михеев М.А. Основы теплопередачи/ М.А. Михеев, И.М Михеев.– М.: Энергия, 1973.– 320 с.

2 Юдаев Б.Н. Теплопередача/ Б.Н. Юдаев.– М.: Высшая школа, 1973.– 360 с.

3 Флореа О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии/ О.Флореа, О. Смигальский.– М.: Химия, 1971.– 444 с.

4 Романков П.Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи)/ П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Фисюк.– — СПб.: Химиздат, 2009.— 544 с.: ил.

5 Машины и аппараты химических производств / И.И. Чернобыльский и др..– М.: Машиностроение, 1975.– 456 с.

6 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов / А.Г. Касаткин.– 15-е изд., стер. — М.: Альянс, 2009.– 750 с.

7 Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок/ А.М. Бакластов.– М.: Энергия, 1970.– 568 с.

8 Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Книга 1/ Н.И. Гельперин.– М.: Химия, 1981.– 812 с.

9 Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов: в 2 кн. / Ю.И. Дытнерский.– М.: Химия, 1995

Приложение А

(рекомендуемое)

Исходные данные контрольного примера

по расчету теплообменника

СТИ НИЯУ МИФИ, КАФЕДРА МАХП

ПРОГРАММА ПО КУРСУ

"Процессы и аппараты химических производств"

РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО

ТЕПЛООБМЕННИКА

Язык программирования "TurboPascal 5.5"

Составил Минина О.Г.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Теплоемкость воды, Дж/кг*К C= 4180.00

Коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/м*К L1= 0.686000

Коэффициент теплопроводности воды, Вт/м*К L2= 0.653000

Коэффициент теплопроводности стали, Вт/м*К L3= 46.5000

Коэффициент теплопроводности накипи, Вт/м*К L4= 2.00

Динамический коэффициент вязкости конденсата, Па*с M1= 0.000231

Динамический коэффициент вязкости воды, Па*с M2= 0.000509

Толщина стенки трубок, м B3= 0.002000

Толщина слоя накипи, м B4= 0.000500

Удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг Q= 2208000.00

Термическое сопротивление загрязнений

стенок трубок, кв.м*К/Вт O= 0.00

Плотность конденсата греющего пара, кг/м в кубе P1= 943.00

Плотность нагреваемой воды, кг/м в кубе P2= 985.00

Скорость движения воды в трубках, м/с W= 0.0500

Наружный диаметр трубок, м D= 0.0380

Температура конденсации пара, град T3= 120.0000

Средняя температура нагреваемой воды, град T4= 54.5200

расчет окончен

Приложение Б

(рекомендуемое)

Результаты расчета

СТИ НИЯУ МИФИ, КАФЕДРА МАХП

ПРОГРАММА ПО КУРСУ

"Процессы и аппараты химических производств"

РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО

ТЕПЛООБМЕННИКА

Язык программирования "TurboPascal 5.5"

Составил Минина О.Г.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Скорость движения горячей воды, м/с W1= 0.135

Средняя температура горячей воды, град. T3= 43.000

Скорость движения холодной воды, м/с W2= 0.057

Средняя температура холодной воды, град. T4= 16.500

Р Е З У Л Ь Т А Т Ы Р А С Ч Е Т А

Скорость движения Удельный тепловой Коэффициент

теплоносителя поток теплопередачи

1 0.0057 1077.671 40.66682

2 0.0114 1568.411 59.18533

3 0.0171 1927.271 72.72719

4 0.0228 2218.113 83.70238

5 0.0285 2473.310 93.33247

6 0.0342 2699.807 101.87950

7 0.0399 2894.198 109.21503

8 0.0456 3076.220 116.08378

9 0.0513 3240.105 122.26810

10 0.0570 3387.963 127.84767

расчет окончен

Приложение В

(обязательное)

Задания на расчет кожухотрубчатого теплообменника

Таблица В.1 – Задания на расчет кожухотрубчатого теплообменника

Исходные данные	Задания

1 Конденсирующийся насыщенный пар	Этиловый спирт	Бензол	Воды
2 Давление пара, МПа	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,2	0,25	0,3	0,4	0,2	0,4	0,5	0,5
3 Жидкость-раствор	Вода	Вода	NaOH	H₂SO₄
4 Концентрация раствора, %	-	-	-	-	-	-	10,15	10,15	10,15	10,15
5 Производительность по пару, кг/с	0,1	0,25	0,5	0,3	0,6	1,0	-	-	-	-	-	-	-	-
6 Производительность по жидкости, кг/с	-	-	-	-	-	-
7 Начальная температура жидкости, ⁰С
8 Конечная температура жидкости, ⁰С

Продолжение таблицы В.1

Исходные данные	Задания

1 Конденсирующийся насыщенный пар	Воды
2 Давление пара, МПа	0,25	0,3	0,35	0,4	0,5	0,3	0,4	0,5	0,7	0,3	0,5	0,2	0,3	0,4
3 Жидкость-раствор	Этиловый спирт	Вода	NaOH	Уксусная кислота
4 Концентрация раствора, %
5 Производительность по пару, кг/с	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
6 Производительность по жидкости, кг/с	2,0	5,0	4,0	10,0	0,2	2,5	5,0	10,0	60,0			2,0	5,0	10,0
7 Начальная температура жидкости, ⁰С
8 Конечная температура жидкости, ⁰С

Окончание таблицы В.1

Исходные данные	Задания

1 Конденсирующийся насыщенный пар	Воды
2 Давление пара, МПа	0,2	0,3	0,4	0,5	0,2	0,4	0,5	0,2	0,25	0,3	0,25	0,4	0,7	0,6
3 Жидкость-раствор	NaOH	H₂SO₄	CaCl₂	NaCl	Вода
4 Концентрация раствора, %
5 Производительность по пару, кг/с	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
6 Производительность по жидкости, кг/с	0,2	0,6	1,5	3,0	0,3	1,0	1,5	0,5	1,0	2,0	0,6	1,8	-	-
7 Начальная температура жидкости, ⁰С
8 Конечная температура жидкости, ⁰С

Владимир Петрович Пищулин