 |
Уточненная площадь поверхности теплообмена.
|
|
|
|
Определение тепловой нагрузки
тепловую нагрузку найдем из уравнения теплового баланса для одного из теплоносителей, агрегатное состояние которого не меняется.
(Вт)
Определение расхода холодного теплоносителя.
Определим расход холодного теплоносителя (воды) из уравнения теплового баланса: 
; 
(кг/с)
2.3. Определение среднелогарифмической разности температур.
Для нахождения теплофизических свойств, рассчитываем среднюю температуру для веществ, исходя из начальных и конечных температур горячего теплоносителя (этанола) и холодного теплоносителя (воды). Давление составляет 0,1 МПа.
t1н = 90°С - начальная температура горячего теплоносителя (этанола);
t1к = 25°С - конечная температура горячего теплоносителя (этанола);
t2н = 18°С - начальная температура холодного теплоносителя (воды);
t2к = 50°С - конечная температура холодного теплоносителя (воды).
 |
где tб = t1н- t2к=90-50=40 0С
tм= t1к- t2н=25-18=7 0С
Рис. Схема изменения температур в теплообменнике
2.4. Приблизительный тепловой расчет.
О риентировочная площадь поверхности теплоотдачи равна
Примем ориентировочное значение К- общий коэффициент теплопередачи.
(При вынужденном движении среды, от жидкости к жидкости органической). К=200 Вт/(м2ּ0С) 
(м2)
В соответствии с этим выбираем предварительно кожухотрубный теплообменник со следующими параметрами: площадь поверхности теплообмена F=396 м2, диаметр кожуха D=1200 мм, длина труб L=4000 мм, трубы диаметром 20×2, наружный диаметр труб dн=20мм, количество ходов в трубном пространстве теплообменника Z=4. Трубы гладкие с толщиной стенки 2мм. 
Межтрубное пространство
Объемный расход этанола равен 
(м3/с).
Скорость этанола в межтрубном пространстве: 
где fтр - площадь проходного сечения межтрубного пространства fтр =0,079 (м2), 
|
|
|
(м/с).
Величина критерия 
; 
Величину критерия Nu определим по уравнению
Коэффициент теплоотдачи от этанола к стенке через внешний слой загрязнений на трубах вычисляется по формуле:
Примем для расчета коэффициента теплопередачи следующие термические сопротивления: со стороны этанола
,
со стороны воды (очищенная) 
, 
Термическое сопротивление стенки найдем из выражения
(м2 ּК)/Вт,
где λст=46 Вт/(м ּК) –коэффициент теплопроводности стали.
Трубное пространство
Объемный расход воды равен 
(м3/с)
Скорость воды в трубном пространстве составит
где 
- площадь сечения трубного пространства.
.
Величину критерия Nu определим по уравнению:
Коэффициент теплоотдачи от стенки через внутренний слой загрязнений на трубах к воде вычисляется по формуле:
, 
(Вт/(м2 ּК))
Общий коэффициент теплопередачи составит
;
Вт/(м2 ּК)
Уточненная площадь поверхности теплообмена.
, 
(м2)
Теплообменник номинальной поверхностью F = 494 м2,диаметром кожуха D=1200 мм, длиной труб L=6000 мм, трубами диаметром 25×3, наружный диаметр труб dн=25мм, общим количеством труб 1048, количеством ходов в трубном пространстве теплообменника Z=2,общей длиной аппарата 7380 мм, массой 13400кг, подходит с запасом 
:
.
3. Расчет гидравлического сопротивления
3.1. Расчет коэффициента трения 
.
Коэффициент трения рассчитываем по формуле:
где
е = D/dвн = 0,2/16 = 0,0125 – относительная шероховатость,
D = 0,2 мм – абсолютная шероховатость.
3.2. Скорость этанола в штуцерах рассчитывается по формуле:
wшт = Gэт/(0,785dшт2rэт)
где
dшт - диаметр стандартного штуцера для этанола.
wшт = 11,11/(0,785×0,2002×776,2) = 0,46 м/с
3.3. Гидравлическое сопротивление трубного пространства рассчитывается по формуле:
Мы видим, что расчетное гидравлическое сопротивление значительно меньше данного в условии, значит этот теплообменник подходит.
|
|
|
4. Расчет вспомогательного оборудования
4.1. Объемный расход этанола и напор, развиваемый насосом:
Qэт = Gэт/rэт = 11,11/776,2 = 0,014 м3/с,
Н = DРтр/rg + h = 653,69/776,2×9,8 + 3 = 3,09м.
где,
h - высота установки водопотребляющего оборудования (теплообменника). Принимаем произвольное значение 3 м.
По объемному расходу и напору выбираем центробежный насос Х45/21. Данный насос имеет следующие технические характеристики: Объёмный расход: 0,125м3/с; напор: 13,5 м ст. ж.; обороты: 48,3 с-1; КПД: 0,88; тип двигателя: АО2-51-2; мощность 10 кВт. 
|
|
|
