Кожухотрубный теплообменник
3.3 Теплообменник с диаметром кожуха 400 мм и 181трубками 20Ч2
Коэффициент теплоотдачи от стенки к нитробензолу:
a2 = Nu2l2/dвн,
где l2 = 0,635 Вт/мЧК - теплопроводность нитробензола при 32,0 ?С [1c.537],
Nu2 - критерий Нуссельта для воды.
Фактическое значение критерия Рейнольдса:
Re2 =G2/[3,14dвн(n/z)m2 ]=
2,90Ч0,02/0,025Ч0,6533Ч10-3 Ч= 3551.
Режим движения турбулентный в этом случае критерий Нуссельта:
Nu2 = 0,021Re20,8Pr20,42(Pr2/Prст2)0,25,
где Рr2 = 4,3 - критерий Прандтля для воды при 32,0 °С [1c.537].
Принимаем в первом приближении отношение (Pr2/Prст2)0,25 = 1, тогда
a2 = (0,635/0,02)Ч0,24(3551)0,6 Ч(4,3)0,36= 1730 Вт/м2ЧК.
Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке:
m1 = 0,246Ч10-3 ПаЧс - вязкость нитробензола [1c.516],
l1 = 0,148 Вт/(мЧК) - теплопроводность [1c.561]
Физико-химические свойства нитробензола взяты при температуре 60°С
Re=4G1/[3,14dвн(n/z)m1 ]=
=4Ч6,1/3,14Ч0,016Ч181Ч 0,246Ч10-3 =10907,5
a1 = (0,148/0,016)Ч0,029Ч(10907,5)0,8Ч(0,24)0,4= 2042 Вт/(мЧК).
Тепловое сопротивление стенки:
где dст = 0,002 м - толщина стенки трубки;
lст = 17,5 Вт/мЧК - теплопроводность углеродистой стали [1 c.529];
r1 = r2 = 1/2900 мЧК/Вт - тепловое сопротивление загрязнений стенок [1 c/531];
S(d/l) = 0,002/17,5 + 1/2900 + 1/2900 = 8,4Ч10-4 мЧК/Вт.
Коэффициент теплопередачи:
K = 1/(1/a1+S(d/l)+1/a2) =
1/(1/2042+8,4Ч10-4+1/1730) = 523,56 Вт/м2ЧК
Поверхность теплообмена:
F = Q/KDtср = 191,503Ч103/524Ч17 = 21,49м2
Выбираем теплообменник с ближайшей большей поверхностью теплообмена: 1 ходовой теплообменник с длиной труб 2 м, у которого поверхность теплообмена 23м2 [2 c.51].
3.4 Теплообменник с диаметром кожуха 325 мм и 100 трубками 20Ч2
Зона конденсации.
Фактическое значение критерия Рейнольдса:
Re2 = G2/[0,785dвн(n/z)m2 =
13,1/[0,785Ч0,016(100/1)0,954Ч10-3 = 10932.
Принимаем в первом приближении отношение (Pr2/Prст2)0,25 = 1, тогда
Nu = 0,021Ч109320,8Ч6,630,43 = 80,6.
a2 = 80,6Ч0,602/0,016 = 3033 Вт/м2ЧК.
Коэффициент теплоотдачи от CCl4 к стенке:
a1 = 3,78Ч0,096[14782Ч0,020Ч100/(0,472Ч10-3Ч1,67)]1/3 = 642 Вт/(мЧК).
Коэффициент теплопередачи:
K = 1/(1/a1+S(d/l)+1/a2) =
1/(1/3033+4,6Ч10-4+1/642) = 426 Вт/м2ЧК
Температуры стенок:
tст1 = tк - КDtср/a1 = 74,5 - 426Ч55,0/642 = 38,0 °С,
tст2 = tср2 + КDtср/a2 = 22,0 + 426Ч55,0/3033 = 29,7 °С.
Температура пленки конденсата:
tпл = (tк+tст1)/2 = (74,5+38,0)/2 = 56,3 °С.
a1 = 3,78Ч0,104[15232Ч0,020Ч100/(0,610Ч10-3Ч1,67)]1/3 = 652 Вт/(мЧК).
Критерий Прандтля для воды при tст2 = 29,7 ® Prст2 = 5,45 [1c.537]
a2ут = a2(Pr/Prст2)0,25 = 3033(6,63/5,45)0,25 = 3185 Вт/м2ЧК.
Уточняем коэффициент теплопередачи:
K = 1/(1/3185+4,6Ч10-4+1/652) = 433 Вт/м2ЧК.
Температуры стенок:
tст1 = 74,5 - 433Ч55,0/652 = 38,0 °С,
tст2 = 22,0 + 433Ч55,0/3185 = 29,5 °С.
Полученные значения близки к ранее принятым и дальнейших уточнений не требуется.
Поверхность теплообмена:
F = Q/KDtср = 330,3Ч103/433Ч52,5 = 14,5 м2
Выбираем теплообменник с ближайшей большей поверхность теплообмена: 1 ходовой теплообменник с длиной труб 3 м, у которого поверхность теплообмена 19,0 м2 [2 c.51].
3.5 Двухходовой теплообменник с диаметром кожуха 400 мм и 100 трубками 25Ч2
Фактическое значение критерия Рейнольдса:
Re2 = G2/[0,785dвн(n/z)m2 =
13,1/[0,785Ч0,021(100/2)0,954Ч10-3 = 16660.
Принимаем в первом приближении отношение (Pr2/Prст2)0,25 = 1, тогда
Nu = 0,021Ч166600,8Ч6,630,43 =112,9.
a2 =112,9Ч0,602/0,021 = 3237 Вт/м2ЧК.
Коэффициент теплоотдачи от CCl4 к стенке:
a1 = 3,78Ч0,096[14782Ч0,025Ч100/(0,472Ч10-3Ч1,67)]1/3 = 692 Вт/(мЧК).
Коэффициент теплопередачи:
K = 1/(1/a1+S(d/l)+1/a2) =
1/(1/3237+4,6Ч10-4+1/692) = 452 Вт/м2ЧК
Температуры стенок:
tст1 = tк - КDtср/a1 = 74,5 - 452Ч55,0/692 = 38,6 °С,
tст2 = tср2 + КDtср/a2 = 22,0 + 452Ч55,0/3237 = 29,7 °С.
Температура пленки конденсата:
tпл = (tк+tст1)/2 = (74,5 + 38,6)/2 = 56,6 °С.
a1 = 3,78Ч0,104[15232Ч0,025Ч100/(0,610Ч10-3Ч1,67)]1/3 = 702 Вт/(мЧК).
Критерий Прандтля для воды при tст2 = 29,7 ® Prст2 = 5,45 [1c.537]
a2ут = a2(Pr/Prст2)0,25 = 3237(6,63/5,45)0,25 = 3400 Вт/м2ЧК.
Уточняем коэффициент теплопередачи:
K = 1/(1/3400+4,6Ч10-4+1/702) = 459 Вт/м2ЧК.
Температуры стенок:
tст1 = 74,5 - 459Ч55,0/702 = 38,5 °С,
tст2 = 22,0 + 459Ч55,0/3400 = 29,4 °С.
Полученные значения близки к ранее принятым и дальнейших уточнений не требуется.
Поверхность теплообмена:
F = Q/KDtср = 330,3Ч103/459Ч52,5 = 13,7 м2
Выбираем теплообменник с ближайшей большей поверхность теплообмена: 2 ходовой теплообменник с длиной труб 2 м, у которого поверхность теплообмена 16,0 м2 [2 c.51].
Характеристика теплообменников:
Диаметр кожуха, мм |
325 |
325 |
400 |
400 |
|
Диаметр трубок, мм |
25Ч2 |
20Ч2 |
25Ч2 |
20Ч2 |
|
Число ходов |
1 |
1 |
2 |
2 |
|
Число трубок, мм |
62 |
100 |
100 |
166 |
|
Длина трубок, мм |
4 |
3 |
2 |
2 |
|
Требуемая поверхность теплообмена, м2 |
15,6 |
14,5 |
13,7 |
12,8 |
|
Номинальная поверхность теплообмена, м2 |
19,5 |
19 |
16 |
21 |
|
Масса теплообменника, кг |
820 |
735 |
820 |
870 |
Окончательно выбираем одноходовой теплообменник с диаметром кожуха 325 м с 100 трубкой 20Ч2 мм, с поверхностью теплообмена 19 м2, так как он имеет наименьшие габариты и наименьшую массу из рассмотренных аппаратов.
кожухотрубный теплообменник гидравлический конструктивный