Расчет теплообменника

;

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

примем значение = 1 с дальнейшей поправкой где и вязкость воды при 17,5 С и температуре стенки соответственно (3.20).

;

Коэффициент теплоотдачи для воды (3.21):

;

 

Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений [1, таб. XXXI]  (3.22):

;

Коэффициент теплопередачи  (3.23):

;

Поверхностная плотность потока (3.24):

;

3. Определим ориентировочно значения и , исходя из формулы   

  (3.25).

Найдем:    С;   (3.26)

 С;   (3.27)

 С;   (3.28)

Проверка: сумма  ;

13,9 + 3,6 + 7,6 = 25,1 С;

Отсюда

 С;    (3.29)

 С;     (3.30)

Введем поправку в коэффициенты теплоотдачи, определив  . Для смеси бензол-толуол при С и воды при С;

 

Коэффициент теплоотдачи для смеси (3.33):

где - кинематическая вязкость [1, с.556].

 

Коэффициент теплоотдачи для воды (3.33):

где - вязкость воды при температуре стенки [1, таб. XXXIX];

 

Исправленные значения К, q, и   (3.23),(3.34),(3.35) и (3.36):

;

;

 

 С;

 С;

 

Проверка расхождения по формулам (3.37) и (3.38).

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

2.4. Расчетная площадь поверхности теплопередачи  (3.39):

; 

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 трубном пространстве следующие  местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, 5 поворотов на 180 градусов, 6 входов в трубы и 6 выходов  из них. В соответствии с формулой [2, форм. 2.35] получим

 (4.4)

Рассчитаем гидравлическое сопротивление  по формуле (4.4)

Число рядов труб, омываемых потоком  в межтрубном пространстве, ; примем округляя в большую сторону 9. Число сегментных перегородок x = 10 [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, 10 поворотов сегменты и 11 сопротивлений трубного пучка при его обтекании

 (4.6)

Рассчитаем гидравлическое сопротивление  по формуле (4.6)

Вариант 2. Скорость жидкости в трубах (4.1)

;

Коэффициент трения рассчитываем по формуле (4.2):

;

 

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

Рассчитаем скорость в штуцерах по формуле (4.3).

В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, 3 поворотов на 180 градусов, 4 входов в трубы и 4 выходов из них. В соответствии с формулой [2, форм. 2.35] рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле (4.4)

Число рядов труб, омываемых потоком  в межтрубном пространстве, ; примем округляя в большую сторону 9. Число сегментных перегородок x = 10 [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, 10 поворотов сегменты и 11 сопротивлений трубного пучка при его обтекании. 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).

Доля массы труб от массы всего  теплообменника

Цена единицы массы теплообменника по [2, таб. 2.17]  Цтр =  0,975 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)

 

 

6.Выводы

 

 

Для наглядности результаты расчетов сведем в таблицу. Из (таб. 1) видно, что  разница между приведенными затратами выбранных вариантов

 

 

Таблица 1.

Технико-экономические  показатели	Вариант 1	Вариант 2
D, м	0,6	0,6
L, м	4	4
K,	306,7	250,1
F,	61	65
M, кг	2290	2290
	0,03495	0,01379
	680,1	669,9
	5,6	2,4
П,	685,7	672,3

 

незначительна. Но все таки наиболее экономичным является второй вариант  по приведенным затратам. К тому же у второго варианта больший запас поверхности, что дает преимущества, при загрязнении аппарата, перед первым вариантом.

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

Лащинский А.А., Толчинский А.Р., «Основы  конструирования и расчета химической аппаратуры». Л.: Машиностроение, 1970