Практическая работа «Тепловой и гидравлический расчеты кожухотрубчатого теплообменного аппарата» - файл

Практическая работа

«Тепловой и гидравлический расчеты кожухотрубчатого теплообменного аппарата»

Цель работы: провести тепловой и гидравлический расчет горизонтального кожухотрубчатого теплообменного аппарата

Рабочая среда	Пространство	G· , кг/ч	, °С	, °С
Метиловый спирт	трубное	32	95	65

Порядок выполнения работы:

1. Исходные данные для расчета приведены в таблице. Кожухотрубчатый аппарат типа ТН (по ТУ3612-024-00220302-02).

2. Теплотехнические параметры рабочей среды принять по таблицам приложения А при средней температуре потока.

Выполнение работы

3. Предварительный тепловой расчет.

3.1. Найти тепловой поток в аппарате по формуле:

3.2. Составить тепловой баланс и подобрать расход воды и ее температуры

Пусть

Тогда

При t_cp= : p=995 кг/м³; µ=0,77; c_p=4180; α=0.622 Вт/м·К,

G_B=

3.3. Принять предварительно коэффициент теплопередачи в интервале от 300 до 500 Вт/м²К

Пусть К=355 Вт/м²К

3.4. Приняв схему движения потоков – противоток, определить температурный напор по уравнениям:

3.5. Определить ориентировочную поверхность теплообмена по формуле

Пусть F=47 м2

3.6. Предварительно выбрать теплообменный аппарат.

Диаметр кожуха	Наруж диаметр труб (толщина стенки 2 мм)	n	z	Поверхность теплообмена м^2,при длине труб	F_тр*10 ² м	f_п*10 ² м	f_мт*10 ² м
				47
400	25	100	2	6000	1.7	2.2	3.1

4. Уточненный тепловой расчет. Необходимо выполнить расчет коэффициентов теплоотдачи и уточнить коэффициент теплопередачи, проверив тем самым выбор теплообменного аппарата. При этом реализуется следующая цепочка расчетов:

р.с.: G

в : G

4.1. Скорости потоков:

м/с

м/с

4.2. Критерий Рейнольдса:

4.3. Критерий Нуссельта для трубного пространства:

4.4. Критерий Нуссельта для межтрубного пространства:

4.5. Критерий Прандтля:

4.6. Коэффициент теплоотдачи:

46 Вт/(м²·К)

Вт/(м²·К)

4.7. Коэффициент теплопередачи:

где δ – толщина стенки теплообменной трубы, 2 мм;

λст – теплопроводность материала стенки, для стали λ=46 Вт/м·К

4.8. Уточнить поверхность теплообмена и подтвердить выбор аппарата

Принимаем F=15 м²

Диаметр кожуха	Наруж диаметр труб (толщина стенки 2 мм)	N	z	Поверхность теплообмена м^2,при длине труб	Fтр*10 2 м	fп	fмт
				15
400	25	100	2	2000	1.7	2.2	3.1

5. Гидравлический расчет КТА

5.1. Гидравлическое сопротивление трубного пространства

ΔP=ΔP₁+z·(ΔP₂+ΔP_тр·ΔР₃)+ ΔР₄

где ΔР1 – потеря давления при входе потока в распределительную камеру;

ΔР2 – потеря давления при движении из камеры в трубы;

ΔР3 – потеря давления на выходе потока из труб;

ΔР4 – потеря давления при входе потока в штуцер;

ΔРтр – потеря давления на трение в трубах;

z – число ходов в трубном пространстве.

5.2. Составляющие ΔР1– ΔР4 находят по общей формуле:

ΔР_i=

где ξi – соответствующий коэффициент местного сопротивления, принимается по таблице 3

υi – скорость потока на соответствующем участке.

Вид местного сопротивления

ξ

Вход в распределительную камеру

1

Поворот потока и вход в трубы

1

Выход из труб и поворот потока

1,5

Выход из распределительной камеры

0,5

Вход в межтрубное пространство

1,5

Огибание перегородки в межтрубном пространстве

1,5

Выход из межтрубного пространства

1,5

Табл.3. Значения коэффициентов местных сопротивлений в кожухотрубчатых теплообменниках

υi – скорость потока на соответствующем участке.

где d_шт– диаметр штуцера, который рассчитывается:

По результатам расчета принимают стандартное значение диаметра штуцера последующему ряду номинальных диаметров dn=0,1 м

ΔР₁= 872.8

ΔР₂= 185.5

ΔР₃= 1309.2

ΔР₄= 92.75

ΔР_тр= λ_тр·

λтр– коэффициент трения, зависит от состояния поверхности труб и режима движения жидкости. В данной работе принять 0,033

ΔР=872.8+2 (185.5+489.74+1309.2) +92.75=4934.43 Па

5.4. Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства

ΔP=ΔP₆+N_п ΔP₇+(N_п+1) ΔP_мтр + ΔP₈

где ΔР₆ – потеря давления при входе потока в межтрубное пространство;

ΔР₇ – потеря давления при огибании потоком поперечной перегородки;

ΔР_мтр – потеря давления на трение в одном ходе межтрубного пространства;

ΔР₈ – потеря давления на выходе из межтрубного пространства;

N_п –количество поперечных перегородок

Nмтр – число ходов в межтрубном пространстве:

Nмтр = L⁄ln=2/(0,5 0,4)=10

5.5. Составляющие ΔР6 -ΔР8 находят аналогично ΔР1-ΔР

Скорость потока в межтрубном пространстве в вырезе перегородки:

где fп – площадь сечения выреза в перегородке

ΔР₆=ΔР₈

ΔР₇=

5.6. Потери давления на трение в межтрубном пространстве

ΔР_мтр=

где λ_мтр– коэффициент трения в межтрубном пространстве, зависит от размещения труб и числа рядов труб, при размещении труб по вершинам треугольников находят по формуле:

Где m – число рядом труб

m=

ΔР=687,74+10·80,5+(10-1) ·86,3+687,74=2957,18 Па

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В данной работе был проведен тепловой и гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника. Подобран теплообменник с площадью обмена 15 м² и длиной труб 2000 мм

Вид местного сопротивления	ξ
Вход в распределительную камеру	1
Поворот потока и вход в трубы	1
Выход из труб и поворот потока	1,5
Выход из распределительной камеры	0,5
Вход в межтрубное пространство	1,5
Огибание перегородки в межтрубном пространстве	1,5
Выход из межтрубного пространства	1,5