Файл: Курсовой проект по дисциплине Технологическое оборудование.docx

= 40 Вт/(м·К);

R_з – тепловое сопротивление загрязнениям, R_з=2∙10^-4.

Величина коэффициента теплоотдачи от движущегося потока к поверхности труб α₁ и α₂ зависит от характера движения потока, определяемого числом Рейнольдса Re, физических свойств теплоносителя, определяемых числом Прандтля Pr и теплообменом на границе между стенкой и теплоносителем, определяемым критерием Нуссельта Nu. Коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂ определяются в соответствии с гидродинамическими омывающими потоками.

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в межтрубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формулам

, (3.11)

, (3.12)

где G_тр – расход жидкости в трубном пространстве, G_тр=25 кг/с;

G_мтр – расход жидкости в межтрубном пространстве, G_мтр=14,54 кг/с;

f_мтр– площадь проходного сечения по межтрубному пространству, f_мтр= 0,088 м²;

– плотность продукта в трубном пространстве, = 675,6кг/м³;

f_тр– площадь проходного сечения по трубному пространству, f_тр= 0,0703 м²;

– плотность продукта в межтрубном пространстве при средней температуре, =650,5 кг/м³.

Подставив данные получим

м/с,

м/с.

Режим потока устанавливается в зависимости от безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формулам

(3.13)

(3.14)

где d_в – внутренний диаметр трубок, d_в = 0,016 м;

d_н – наружный диаметр трубок, d_н = 0,02 м.

Критерии Рейнольдса вычислим по (3.13 – 3.14)





В межтрубном пространстве движение жидкости – турбулентное, так как по критерию Рейнольдса

---

=12712>1000. Для турбулентного режима критерий Нуссельта определяется по формуле

Nu_мтр = 0,24 Re_мтр ^0,6 Pr_мтр ^0,36 (Pr_мтр / Pr_2ст)^0,25, (3.15)

В трубном пространстве движение жидкости – турбулентное, так как по критерию Рейнольдса 20321> 10000

Nu = 0,023 Re^0,8 Pr^0,4 (Pr/Pr_ст)^0,25 (3.16)

где Pr – критерий Прандтля.

Критерий Прандтля определяется по формуле

(3.17)

Определим критерий Прандтля





Подставляем значения и определяем



Nu_тр= .

Коэффициенты теплоотдачи от наружной поверхности трубок определим по формулам

(3.18)

(3.19)

Поставляем значения и определяем





Определим общий коэффициент теплопередачи



Уточненная поверхность теплообмена вычисляется по формуле

(3.20)

где К_ут – рассчитанный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

Q – количество передаваемого тепла, Q = 5130000 Вт.

Подставим полученные значения и получим



Таким образом, при данной уточненной площади теплообмена запас по поверхности теплообменного аппарата составляет



Запас по поверхности теплообмена составил 50,1 %, и выбранный теплообменный аппарат удовлетворяет заданным условиям. Он имеет следующую маркировку:

---

800ТУ-2,5-М1/20Г-2-6-У-И по ТУ 3612-023-00220302-01.

---

3.4 Разработка эскиза теплообменного аппарата

Теплообменники с U - образными трубками типа ТУ имеют одну трубную решетку, в которую завальцованы оба конца U - образных трубок, что обеспечивает свободное удлинение трубок при изменении их температуры. Недостатком таких аппаратов является трудность чистки внутренней поверхности труб, вследствие которой они используются преимущественно для чистых продуктов.

Такие аппараты состоят из кожуха и трубного пучка, имеющего одну трубную решетку и U - образные трубы. Трубная решетка вместе с распределительной камерой крепится к кожуху аппарата на фланце.

Теплообменник с U - образными трубами приведен на рисунке 3.1.

1 – распределительная камера; 2 – трубная решетка; 3 – кожух,

4 – теплообменная труба; 5 – поперечная перегородка, 6 – крышка кожуха,

7 – опора, 8 – катковая опора трубчатого пучка
Рисунок 3.1 – Теплообменник с U - образными трубами

Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м² в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 6,3 МПа и температуре рабочих сред от минус 30 до плюс 180 °С для теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве холодильников, подогревателей и конденсаторов [14].

3.5 Сводная таблица по результатам расчетов теплообменного аппарата

Результаты расчетов теплообменного аппарата сведены в таблицу 3.3.
Таблица 3.3 - Результаты расчетов теплообменного аппарата

Тип теплообменного аппарата	ТУ
Тепловая мощность, Вт	5130000
Рабочее давление в трубном пространстве, МПа	2
Рабочее давление в межтрубном пространстве, МПа	1,4
Средняя температура в трубном пространстве, °С	161
Средняя температура в межтрубном пространстве, °С	237
Средняя разность температур, °С	76,5
Диаметр кожуха внутренний D, мм	800
Число ходов по трубам	2
Наружный диаметр труб х толщина стенки d х S, мм	20х2
Длина прямого участка труб l, мм	6000
Поверхность теплообмена фактическая F, м2	274,5
Площадь проходного сечения одного хода по трубам fтр, м2	0,0703

---

3.6 Вывод

В данном разделе проведены расчеты по определению тепловой мощности аппарата Q, она составила 5130000 Вт, а также проведены ориентировочный и уточненный расчеты поверхности теплообмена, в результате чего был выбран горизонтальный теплообменный аппарат с U-образной трубной решеткой 800 ТУ-2,5-М1/20Г-6-Т-2-У по ТУ 3612-023-00220302-01, с диаметром кожуха D=800 мм, на условное давление в кожухе P_у=2,5 МПа и трубах P_у=2,5 МПа, материального исполнения М1, с теплообменными трубками диаметром d =20 мм, длиной L=6 м, расположенными по вершинам треугольников, 2-х ходовой по трубному пространству, умеренного климатического исполнения, у которого поверхность теплообмена составляет F=274,5 м², площадь проходного сечения одного хода по трубам f_тр=0,0703м². Также был составлен эскиз выбранного аппарата.

---