- •Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
- •Часть 2. Расчёт и подбор теплообменного аппарата
- •Содержание
- •Бланк задания Введение
- •Исходные данные
- •Ориентировочный расчёт Средние температуры теплоносителей и средняя движущая сила процесса теплопередачи.
- •Тепловая нагрузка теплообменного аппарата и расход теплагента.
- •Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи.
- •Ориентировочная площадь поверхности теплопередачи. Кожухотрубчатый теплообменник.
- •Двухтрубчатый теплообменник.
- •Пластинчатый теплообменник.
- •Вязкость
- •Теплоёмкость
- •Теплопроводность
- •Коэффициент расширения
- •Поверочный расчёт кожухотрубчатого теплообменника Выбор кожухотрубчатого теплообменника
- •Теплоотдача в трубном пространстве
- •Теплопередача
- •Итерация II Теплоотдача в межтрубном пространстве
- •Теплоотдача в трубном пространстве
- •Теплопередача
- •Итерация III Теплоотдача в межтрубном пространстве
- •Теплоотдача в трубном пространстве
- •Теплопередача
- •Расчёт толщины тепловой изоляции кожухотрубчатого теплообменника
- •Поверочный расчёт пластинчатого теплообменника Выбор пластинчатого теплообменника
- •Итерация I Теплоотдача в пространстве теплагента
- •Теплоотдача в пространстве хладагента
- •Теплопередача
- •Итерация II Теплоотдача в пространстве теплагента
- •Теплоотдача в пространстве хладагента
- •Расчёт толщины тепловой изоляции пластинчатого теплообменника
- •Список литературы
- •Приложение
Итерация III Теплоотдача в межтрубном пространстве
Плотность теплового потока: .
Коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве от конденсирующегося пара к стенке для вертикальных труб:
.
Теплоотдача в трубном пространстве
Поскольку по сравнению с предыдущей итерацией изменилась лишь длина труб теплообменника, то скорость течения хладагента в трубах и критерий Рейнольдса для трубного пространства остались неизменными:
, .
Температура стенки: .
Температура стенки изменилась по сравнению с предыдущей итерацией менее чем на 2°С, поэтому критерий Прандтля при температуре стенки можно не пересчитывать. Следовательно, коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве от стенок труб к хладагенту, также останется практически неизменным: .
Теплопередача
Коэффициент теплопередачи:
.
Расчётная поверхность теплопередачи:
.
Запас по площади поверхности теплопередачи:
.
Запас по площади поверхности теплопередачи для выбранного теплообменника лежит в заданном интервале 5÷30 %, следовательно, теплообменник подходит.
В итоге выбран кожухотрубчатый конденсатор:
Диаметр кожуха D, мм |
Диаметр труб d, мм |
Число ходов k |
Общее число труб N |
Число труб на ход n |
Длина труб L, м |
Поверхность FТО, м2 |
Масса mТО, кг |
600 |
25×2 |
6 |
196 |
32,7 |
3 |
46 |
1 780 |
Расчёт толщины тепловой изоляции кожухотрубчатого теплообменника
Площадь изолированной поверхности определим как сумму площади боковой поверхности кожуха теплообменника (боковая поверхность цилиндра), площади эллиптической крышки (близка к полусфере) и площади эллиптического днища (близка к полусфере):
.
Обозначив окружающий воздух как третий, наиболее холодный, теплоноситель, примем его температуру 15°С (данная температура наименьшая из рекомендованных требованиями к микроклимату производственных помещений): .
Температура наружной поверхности изоляции по технике безопасности для аппаратов работающих в помещениях не должна превышать 40°С: .
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающему воздуху рассчитаем по уравнению Линчевского:
.
Плотность теплового потока в окружающую среду:
.
Температуру внутренней поверхности изоляции примем равной её максимально возможному значению – температуре теплагента, пренебрегая термическим сопротивлением конденсата на внутренней поверхности кожуха и термическим сопротивлением стальной стенки кожуха, а также тем фактом, что крышка и днище контактируют не с теплагентом, а с хладагентом: .
В качестве материала изоляции примем совелит (теплоизоляционный материал, изготовляемый из обожженного доломита (85%) и распушенного асбеста V (5%) и VI (10%) сортов) с теплопроводностью: [2, табл. XXVIII; 3, с. 23]. Совелит наносится на поверхность аппарата в пастообразном виде, а после затвердевания покрывается слоем краски для защиты поверхности изоляции от влаги.
Толщину тепловой изоляции рассчитываем, пренебрегая цилиндричностью стенки:
.
Объём и масса теплоизоляционного материала:
.
Плотность теплоизоляционного материала: [2, табл. XXVIII].
Масса теплоизоляционного материала:
.
Потери тепла в окружающую среду:
.
Доля тепловых потерь от тепловой нагрузки теплообменного аппарата:
.