Расчет теплообменника. Расчет теплообменника с пояснениями. Аннотация в данном документе пояснительной записке отражены материальные, тепловые, экономические гидравлические расчеты, руководствуясь которыми можно произвести выбор типа аппарата и его конструктивные размеры.

• Название: Аннотация в данном документе пояснительной записке отражены материальные, тепловые, экономические гидравлические расчеты, руководствуясь которыми можно произвести выбор типа аппарата и его конструктивные размеры.
• Анкор: Расчет теплообменника
• Дата: 03.06.2021
• Размер: 422.37 Kb.
• Имя файла: Расчет теплообменника с пояснениями.docx
• Тип: Курсовой проект; #213620
• страница: 3 из 3

Рис. 3.2 (ко второму варианту расчета)
;

Критерий Прандтля (3.13).

;

где =0,123 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности толуола [1, рис. X].
Для вертикального расположения труб примем выражение [1, форм. 4.28]

примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость толуола при 55 С и температуре стенки соответственно. Рассчитаем по формуле (3.20).

;

Коэффициент теплоотдачи для толуола (3.15):

;
б) Межтрубное пространство. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для воды. Скорость воды в межтрубном пространстве (3.16).

;

Критерий Рейнольдса для воды (3.17):

;

где =0,0005 Па с [1, таб. XXXIX], = 990 при температуре +45 С;

Критерий Прандтля для воды при +45 С (3.18):

;

где =0,64 Вт/(м К) - коэффициент теплопроводности воды [1, рис. XXXIX].

Для вертикального расположения труб примем выражение [1, форм. 4.28]

примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость воды при 45 С и температуре стенки соответственно (3.20).

;

Коэффициент теплоотдачи для воды (3.21):

;
Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений [1, таб. XXXI] (3.21):

;

Коэффициент теплопередачи (3.22):

;

Поверхностная плотность потока (3.23):

;

3. 
   Определим ориентировочно значения и , исходя из формулы
   

(3.24).

Найдем: С; (3.25)

С; (3.26)

С; (3.27)

Проверка: сумма ;

4,74 + 0,68 + 4,58 = 10 С;

Отсюда

С; (3.28)

С; (3.29)

Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи, определив . Для толуола при С и воды при С;
Коэффициент теплоотдачи для толуола (3.31):



где - кинематическая вязкость [1, с.556].
Коэффициент теплоотдачи для воды (3.32):



где - вязкость воды при температуре стенки [1, таб. XXXIX];
Исправленные значения К, q, и (3.22),(3.33),(3.34) и (3.35):

;

;
С;

С;
Проверка расхождения по формулам (3.36) и (3.37).





Дальнейшее уточнение , и других величин не требуется, так как расхождение между крайними значениями не превышает 5%.

2.4. Расчетная площадь поверхности теплопередачи (3.38):

;

запас

4.Гидравлический и экономический расчет

Расчет гидравлического сопротивления. Сопоставим два выбранных варианта кожухотрбчатых теплообменников по гидравлическому сопротивлению.

Вариант 1. Скорость жидкости в трубах

; (4.1)

; (4.2)

Коэффициент трения рассчитываем по формуле (4.2):

;
где - высота выступов шероховатости на поверхности, d - диаметр трубы.

Диаметр штуцеров в распределительной камере - трубного пространства, - межтрубного пространства [2, с.55].

; (4.3)

Рассчитаем скорость в штуцерах по формуле (4.3).



В соответствии с формулой [2, форм. 2.35] получим гидравлическое сопротивление

(4.4)

Рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле (4.4)



Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве, m=10. Число сегментных перегородок x= 22 [2, таб. 2.7]

Диаметр штуцеров к кожуху - межтрубного пространства [2, с.55], скорость потока в штуцерах по формуле (4.3)



Скорость потока в наиболее узком сечении [2, таб. 2.3]

(4.5)

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход жидкости через штуцера, 22 поворотa сегменты и 23 сопротивлений трубного пучка при его обтекании

(4.6)

Рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле (4.6)



Вариант 2. Скорость жидкости в трубах (4.1)

; (4.1)

; (4.2)

Коэффициент трения рассчитываем по формуле (4.2):

;
где - высота выступов шероховатости на поверхности, d - диаметр трубы.

Диаметр штуцеров в распределительной камере - трубного пространства, - межтрубного пространства [2, с.55].

; (4.3)

Рассчитаем скорость в штуцерах по формуле (4.3).



В соответствии с формулой [2, форм. 2.35] получим гидравлическое сопротивление

(4.4)

Рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле (4.4)



Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве, m=10. Число сегментных перегородок x= 22 [2, таб. 2.7]

Диаметр штуцеров к кожуху - межтрубного пространства [2, с.55], скорость потока в штуцерах по формуле (4.3)



Скорость потока в наиболее узком сечении [2, таб. 2.3]

(4.5)

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход жидкости через штуцера, 22 поворотa сегменты и 23 сопротивлений трубного пучка при его обтекании

(4.6)

Рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле (4.6)




5.Экономический расчет

Вариант 1. Масса теплообменника по [2, таб. 2.8]



Чтобы оценить стоимость аппарата необходимо рассчитать массу теплообменных труб.

(5.1)

где по [1, с.529]



Доля массы труб от массы всего теплообменника



Цена единицы массы теплообменника по [2, таб. 2.17] Цтр = 0,99 руб/кг. Цена теплообменника



Энергетические затрату с учетом КПД насосной установки на прокачивание горячей жидкости по трубам составит:

(5.2)

где по практическим расчетам [2, с.82].

Энергетические затраты на прокачивание холодной жидкости по межтрубному пространству

(5.3)

Приведенные затраты составят

(5.4)

где 8000 - время работы насосов в году; = 0,02 - стоимость одного киловата энергии руб/кВт.


Вариант 2.Масса теплообменника по [2, таб. 2.8]



Чтобы оценить стоимость аппарата необходимо рассчитать массу теплообменных труб.

(5.1)

где по [1, с.529]



Доля массы труб от массы всего теплообменника



Цена единицы массы теплообменника по [2, таб. 2.17] Цтр = 0,99 руб/кг. Цена теплообменника



Энергетические затрату с учетом КПД насосной установки на прокачивание горячей жидкости по трубам составит:

(5.2)

где по практическим расчетам [2, с.82].

Энергетические затраты на прокачивание холодной жидкости по межтрубному пространству

(5.3)

Приведенные затраты составят

(5.4)

где 8000 - время работы насосов в году; = 0,02 - стоимость одного киловата энергии руб/кВт.


6.Выводы

Таблица 1.

Технико-экономические показатели	Вариант 1	Вариант 2
D, м	1	1
L, м	6	4
K,	147,98	173,73
F,	302	285
M, кг	8166	6100
	0,0451	0,0765
	748,44	700,92
	7,2	12,23
П,	755,65	713,15

Для наглядности результаты расчетов сведем в таблицу. Из (таб. 1) видно, что разница между приведенными затратами выбранных вариантов незначительна. Но все таки наиболее экономичным является второй вариант по приведенным затратам. Но у первого варианта больший запас поверхности, что дает преимущества, при загрязнении аппарата, перед вторым вариантом. Т.к. разница в затратах небольшая, выбираем первый аппарат.


7.Заключение
В данном документе были произведены материальные ,тепловые, экономические и гидравлические расчеты на основании которых были сделаны выводы. Был выбран наиболее оптимальный теплообменный аппарат. Также во введении были отражены основные законы теплообмена и течения жидкостей.

8.Литература

1. 
   Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Л.: Химия, 1983.
   
2. 
   Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и другие, «Основные процессы и аппараты химической технологии». М.: Химия, 1991
   
3. 
   «Справочник химика» под ред. Никольского т.3, Л.: Химия, 1971
   
4. 
   Авербух Я.Д., Заостровский Ф.П., Матусевич Л.Н., «Процессы и аппараты химической технологии: курс лекций» Ч.2: «Теплообменные и массообменные процессы». Свердловск: изд. УПИ, 1973
   
5. 
   Локотанов Н.С. «Процессы и аппараты химической технологии: Методические указания к курсовому проектированию». Свердловск: изд. УПИ, 1985
   
6. 
   Лащинский А.А., Толчинский А.Р., «Основы конструирования и расчета химической аппаратуры». Л.: Машиностроение, 1970