Кожухотрубный теплообменник

реферат

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

Делись добром ;)