Определение площади поверхности теплопередачи

Тепловой расчет

Определение температурных условий нагревания

 

Определяем большую и меньшую разность температур значения температур выбраны условно: [«1» – горячий теплоноситель (водно-спиртовой раствор)], [«2» –холодный теплоноситель (вода)].

Для кожухотрубчатого теплообменника определяем большую ,℃, и меньшую , ℃, разности температур, выбираем по содержанию спирта в растворе /приложение А1,стр.36/:

 

(1)

℃,

 

(2)

 

℃

 

Определяем среднюю разность температур теплоносителей (средний температурный напор) :

 

, (3)

 

⁰С

Лист

Определяем среднюю температуру нагреваемого раствора:

(4)

⁰С,

Определение физических параметров нагреваемого раствора

При средней температуре _ср определяем: теплопроводность λ, удельную теплоемкость c, плотность ρ, динамическую вязкость μ нагреваемого раствора по справочным таблицам. Также определяем критерий Прандтля . [2]

 

Определим физические параметры для горячего теплоносителя (водно - спиртового раствора) при температуре 79,6℃ / приложение А1, стр.36/:

 

Ρ₁ = 812 кг/м³;

c ₁= 1071,8 кДж/кг·К;

λ ₁= 0,2251 Вт/м·К;

μ ₁= 1,08·10^-3Па·с.

 

Определим физические параметры для холодного теплоносителя

(воды) при температуре 33℃/ приложение В, стр.40/:

 

Ρ₂=993 кг/м³;

с₂=4,18 кДж/кг·К;

λ₂=0,622 Вт/м·К;

µ₂=0,725·10^-3 Па·с.

 

Определение тепловой нагрузки

Тепловую нагрузку Q, Вт, для кожухотрубчатого теплообменника определяем следующим образом:

 

, (5)

 

где x – коэффициент, учитывающий тепловые потери (1,02...1,05);

с – средняя удельная теплоемкость раствора при t_ср2;

М – производительность, кг/с

 

Дж.

 

Расчет коэффициента теплопередачи и общего термического

Сопротивления

Лист

2.4.1 Для расчета коэффициента теплопередачи необходимо предварительно определить коэффициенты теплоотдачи теплоносителей. Коэффициенты рассчитываются из критериальных уравнений.

В общем виде уравнение можно представить следующим образом:

 

(6)

 

2.4.2 В частных случаях:

 

, (7)

 

где Re – критерий Рейнольдса,

d_н – определяющий размер аппарата, м [4]

ρ – плотность, кг/

μ – коэффициент динамической вязкости, Па с

Pr₂=4,6 /приложение В, стр. 40/

 

Для кожухотрубчатого теплообменника величины критерия Nu, как для горячего, так и для холодного теплоносителей определяют по формулам, зависящим от типа выбранной трубки, скорости и теплофизических параметров теплоносителей.[4]

 

, (8)

 

Влияние направления теплового потока учитывается отношением, где – критерий Прандтля, вычисленный при температуре стенки, соприкасающейся с потоком. При проектировании теплообменников расчет коэффициента теплоотдачи для нагревающихся капельных жидкостей можно вести без учета отношения, допуская при этом небольшую

Лист

погрешность в сторону уменьшения коэффициента теплоотдачи, т.е. в сторону запаса, так как с повышением температуры критерий уменьшается, а становится меньшим 1.

 

 

После определения критерия Нуссельта, значения коэффициентов теплоотдачи находят следующим образом:

 

(9)

 

 

где – эквивалентный диаметр трубок, м; [4]

Вт/(м²·К)

Вт/(м²·К)

 

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м³·К), определяется

следующим образом:

 

(10)

 

 

где суммарное термическое сопротивление стенки и загрязнений;

 

Вт/(м³·К)

(11)

 

 

(12)

 

условие выполняется.

 

Определение площади поверхности теплопередачи

Площадь поверхности нагрева подогревателя F, м², рассчитываем по формуле:

 

Лист

, (13)

 

F м²

 

 

Конструктивный расчет