Расчет теплообменника, ПАХТ. расчет теплообенника. Определение расхода теплоты и расхода насыщенного водяного пара

• Название: Определение расхода теплоты и расхода насыщенного водяного пара
• Анкор: Расчет теплообменника, ПАХТ
• Дата: 11.04.2021
• Размер: 51.5 Kb.
• Имя файла: расчет теплообенника.docx
• Тип: Документы; #193629

3. Расчетная часть.

Определение расхода теплоты и расхода насыщенного водяного пара.

Принимаем индекс «1» для горячего теплоносителя (насыщенного водяного пара), индекс «2» для холодного теплоносителя (аммиака).

Температура конденсации пара при р=6кгс/см²  равна 158,1°С.

Тепловая схема процесса:

158,1 158,1

90 15

∆t_м=68,1°С ∆t_б=143,1°С

Средняя разность температур при противотоке теплоносителей:

∆t_ср=(∆t_б - ∆t_м)/[2,3·lg(∆t_б /∆t_м)]=(143,1-68,1)/[2,3·lg(143,1/ 68,1)]=101,1 К.

Средняя температура аммиака:

t₂=t₁-∆t_ср =158,1-101,1=57 °С.

Расход аммиака:

G₂=7500/3600=2,083 кг/с;

_{2= 0}·273·р/Т·р₀=0,77·273·2/(330·1)=1,274 кг/м³;

V₂=G₂ /ρ₂=2,083/1,274=1,635 м³/с.

Расход теплоты на нагрев аммиака:

Q= G₂·с₂·(t_2к –t_2н)=2,083·2,033·(90-15)=317605,4 Вт.

Расход водяного пара с учетом потерь:

G₁=1,07·Q/r=1,07·317605,4/2095·10³=0,162 кг/с;

V₁=G₁ /ρ₁=0,162/3,104=0,052 м³/с.

Максимальная расчетная поверхность теплообмена:

F_max=Q/[K_min·∆t_ср]= 317605,4/(10·101,1)=314,15 м²,

где K_min – коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к газу при вынужденном движении сред, Вт/м²·К.

Для расчета выбираем кожухотрубчатый теплообменник (ГОСТ 15120-79) с трубами 25х2 мм и теплообменник типа «труба в трубе» (ГОСТ 9930-78), изготовленный из труб 89х4 мм (наружная труба) и 57х3,5 мм (внутренняя труба).

3.1 Расчет кожухотрубчатого теплообменника.

Для обеспечения интенсивного теплообмена принимаем критерий Рейнольдса Re₂>12000.

Минимальная скорость движения аммиака:

w₂=Re₂μ₂ /(d₂·ρ₂)=12000·0,055·10^-3/(0,021·1,274)=24,67 м/с;

где μ₂ – динамическая вязкость аммиака при данных условиях, Па·с;

Максимальное количество труб:

n=V₂ /(0,785·d₂²·w₂)=1,635/(0,785·0,021²·24,67)=191.

На основании рассчитанных значений выбираем одноходовый теплообменник внутренним диаметром 600мм с числом труб n=111 и их длиной 6м и диаметром 25×2 мм, поверхность теплообмена F=52м² и сечением трубного пространства S₁=3,8·10^-2 м² по ГОСТ 15120-79. Скорость движения воздуха и критерий Рейнольдса для такого теплообменника составляют:

w₂=V₂ /(0,785·d₂²·n)=1,635/(0,785·0,021²·111)=42,55 м/с;

Re₂=w₂·d₂·ρ₂/μ₂=42,55·0,021·1,275/0,055·10^-3=20714.

Скорость движения и критерий Рейнольдса для водяного пара:

w₁=V₁ /S₁=0,052/3,8·10^-2=1,4 м/с;

Re₁=w₁·d₁·ρ₁/μ₁=1,4·0,025·3,104/0,145·10^-3=749,24.

Критерий Прандтля для аммиака:

Pr₂=c₂·μ₂ /λ₂=2033·0,055·10^-3/0,026=4,3.

Критерий Нуссельта для аммиака:

Nu=0,021·ε_l·Re^0,8·Pr^0,43·(Pr/Pr_ст)^0,25,

принимаем ε_l=1 и (Pr/Pr_ст)^0,25=1, таким образом:

Nu₂=0,021·Re^0,8·Pr^0,43=0,021·20714^0,8·4,3^0,43=111,4.

Коэффициент теплоотдачи для аммиака:

α₂=Nu₂·λ₂ /d₂=111,4·0,026/0,021=137,9 Вт/м²·К.

Коэффициент теплоотдачи для водяного пара:

α₁=2,02·0,6· λ₁·( ρ₁²·L·n/( μ₁·G₁))^0,33

α₁=2,02·0,6·0,0285·( 3,104²·6·111/( 0,145·10^-3·0,162))^0,33=22,4 Вт/м²·К.

Термическое сопротивление стенки и загрязнений:

Σr_ст=1/2800+0,0035/46,5+1/2800=7,9·10^-4 м²·К/Вт.

Коэффициент теплопередачи:

К=1/(1/ α₁+ Σr_ст+1/ α₁)=

=1/(1/22,4+7,9·10^-4+1/137,9)=19 Вт/м²·К.

Поверхностная плотность теплового потока:

q=K·∆t_ср=19·101,1=1920,9 Вт/м².

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

F_p’=Q/q=317605,4/1920,9=165,34 м²;

с учетом запаса поверхности 10% F_p=181,9 м².

Необходимое число аппаратов:

N=F_P/F=181,9/52=3,49.

Примем N=4. Запас поверхности при этом:

((F·N – F_P’)/ F_P’)·100=((52·4 – 165,34)/165,34)·100=25,8%
3.2 Расчет теплообменника «Труба в трубе».

Минимальная скорость движения аммиака:

w₂=(12000·μ₂)/(d₂·ρ₂)=(12000·0,055·10^-3)/(0,05·1,274)=10,36 м/с.

Максимальное количество труб:

n=V₂ /(0,785·d₂²·w₂)=1,635/(0,785·0,05²·10,36)=80,41,

Принимаем количество труб n=50, тогда:

w₂=V₂/(0,785·d₂²·n)= 1,635/(0,785·0,05²·50)=16,66 м/с.

Re₂=w₂·d₂·ρ₂/μ₂=16,66·0,05·1,274/(0,055·10^-3)=19298.

Скорость движения и критерий Рейнольдса для водяного пара:

w₁=V₁/S₁= V₁/(0,785(D² -- d²)·n)=

=0,052/(0,785·(0,081² -- 0,057²)·50)=0,4 м/с;

Re₁=w₁·d_э·ρ₁/μ₁=0,4·0,024·3,104/(0,145·10^-3)=205,5.

Критерий Прандтля для аммиака:

Pr₂=c₂·μ₂/λ₂=2033·0,055·10^-3/0,026=4,3;

Критерий Нуссельта для аммиака:

Nu=0,02·ε_l·Re^0,8·Pr^0,43· (Pr/Pr_ст)^0,25,

принимаем ε_l=1 и (Pr/Pr_ст)^0,25=1, таким образом:

Nu₂=0,021·Re^0,8·Pr^0,43=0,021·19298^0,8·4,3^0,43=105,3;

Коэффициент теплоотдачи для аммиака:

α₂=Nu₂·λ₂ /d₂=105,3·0,026/0,05=54,76 Вт/м²·К;

Коэффициент теплоотдачи для водяного пара:

α₁=0,72·( λ₁³· ρ₁²·r·g/( μ₁·86,5·l)^0,25;

α₁=0,72·( 0,0285³· 3,104²·2095·10^-3·9,8/( 0,145·10^-3·86,5·6)^0,25=33,17;

Термическое сопротивление стенки и загрязнений:

Σr_ст=1/2800+0,0035/46,5+1/2800=7,9·10^-4 м²·К/Вт.

Коэффициент теплопередачи:

К=1/(1/ α₁+ Σr_ст+1/ α₁)=

=1/(1/33,17+7,9·10^-4+1/54,76)=20,38 Вт/м²·К.

Поверхностная плотность теплового потока:

q=K·∆t_ср=20,38·101,1=2061,1 Вт/м².

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

F_p’=Q/q=317605,4/2061,1=154,1 м²;

с учетом запаса поверхности 10% F_p=169,51 м².

Поверхность теплопередачи для одной трубы:

F₁= F_p/N=169,51/50=3,39 м²;

Длина одной трубы:

L= F₁/ π·d_ср=3,39/3,14·0,0535=20,18 м.