Тепловой и конструктивный расчет парожидкостного теплообменного аппарата
.docxЗадание.
Произвести тепловой и конструктивный расчет парожидкостного теплообменного аппарата.
Исходные данные:
1. Расход воды Gв = 20000 кг/ч.
2. Температура воды на входе t`в = 22 °С.
3. Температура воды на выходе t``в = 150 °С.
4. Давление греющего пара Pнп = 6,18 бар.
5. Температура греющего пара tнп = 160 °С.
6. Аппарат состоит из вертикальных латунных труб .
Тепловой расчет.
Определение характерных расчетных температур.
Средняя температура воды :
Температура стенки трубок:
Температура пленки стекающего конденсата:
Уравнение теплового баланса.
откуда определяем расход греющего пара:
Здесь теплоемкость воды при средней её температуре ; , - теплосодержание пара и конденсата при давлении пара 6,18 бар ; η = 0,98 – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду. Это данные из справочных таблиц физических свойств воды и пара на линии насыщения.
Среднелогарифмический температурный напор:
Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося пара:
Здесь C = 0,943- эмпирический коэффициент пропорциональности, учитывающий расположение труб; , , плотность, коэффициент теплопроводности и динамическая вязкость пленки конденсата, определяемые при ; скрытая теплота парообразования, определяемая при ; L = 6 м – принятая высота трубок.
Это данные из справочных таблиц физических свойств воды и пара на линии насыщения.
Расчетный коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующего пара:
где, коэффициент состояния труб и чистоты пара;
коэффициент наличия в паре неконденсирующихся газов (воздуха) и неравномерность омывания потоком пара трубного пучка.
Коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды:
Здесь, , , коэффициент теплопроводности, кинематическая вязкость и число Прандтля для воды, определяемые при ; внутренний диаметр трубок; принятая скорость воды в трубках; число Прандтля при .
Это данные из справочных таблиц физических свойств воды и пара на линии насыщения.
Расчетный коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды:
Где, коэффициент учитывающий слой накипи на внутренней поверхности труб.
Коэффициент теплопередачи:
Здесь толщина стенок трубок; λ = 107 коэффициент теплопроводности латуни (справочная величина).
Тепловая нагрузка аппарата:
Поверхность нагрева подогревателя:
Конструктивный расчет.
Уравнение расхода по стороне воды:
,
откуда определяется проходное сечение трубок:
плотность воды при . Это данные из справочных таблиц физических свойств воды на линии насыщения.
Проходное сечение для воды:
откуда количество трубок в одном ходе:
Длина трубного пучка при одноходовом исполнении аппарата:
Принимаем число ходов по воде z =8. Тогда общее количество труб в аппарате:
Высота трубного пучка:
Погрешность полученной высоты по сравнению принятой в
тепловом расчете:
Что допустимо и не требует дополнительного расчета.
Диаметр трубной доски:
Здесь шаг между трубками; коэффициент заполнения трубной доски.
Конструктивное соотношение:
что соответствует рекомендуемым значениям.
Диаметр патрубков для входа и выхода воды:
Здесь скорость воды в патрубках; плотность воды при .
Это данные из справочных таблиц физических свойств воды на линии насыщения.
Выбираем стандартную трубу с условным диаметром мм
( по таблице П-11 в приложении.
Диаметр патрубка для подвода пара:
Здесь скорость пара в подводящем патрубке; плотность пара при давлении пара 6,18 бар, определяемая по таблице П-2 в приложении.
Выбираем стандартную трубу с условным диаметром мм
( по таблице П-11 в приложении.
Диаметр патрубка для отвода конденсата:
Здесь скорость воды в патрубках; плотность воды при tнп = 160 °С определяемая по таблице П-1 в приложении.
Выбираем стандартную трубу с условным диаметром мм
( по таблице П-11 в приложении.
При тепловом и конструкционном расчете использовалось Учебное пособие Теплообменное оборудование предприятий, 3-е дополненное переработанное, авторы А.Ф. Мурзич , А.Н. Иванов. Санкт-Петербург 2008г.