2.Расчет кожухотрубчатого теплообменника.

Для обеспечения интенсивного теплообмена принимаем критерий Рейнольдса Re₂>10000.

Минимальная скорость движения рассола:

w₂=Re₂μ₂ /(d₂·ρ₂)=10000·0,87·10^-3/(0,021·1159,5)=0,36 м/с;

где ₂=0.87·10^-3 Па·с – динамический коэффициент вязкости рассола при t=50C (табл. IX, стр. 517, 1).

Выбираем одноходовый теплообменник внутренним диаметром 273мм с числом труб n=37 и их длиной 3м и диаметром 25×2 мм, поверхность теплообмена F=9м² и сечением трубного пространства S₁=1,3·10^-2 м² по ГОСТ 15120-79. Скорость движения воздуха и критерий Рейнольдса для такого теплообменника составляют:

w₂=V₂ /(0,785·d₂²·n)=1,9*10^-3/(0,785·0,021²·37)=0,15 м/с;

Re₂=w₂·d₂·ρ₂/μ₂=0,15·0,021·1159,5/0,87·10^-3=4198.

Для выбора расчетной формулы определим произведение (GrPr) при определяющей температуре – средней температуре пограничного слоя.

∆t₂= 0,5∆t_ср=0,5*83=41,5°С,

t_ст.2= t₂+∆t₂=50+41,5=91,5°С,

t_опр = t₂+(∆t₂/2)=50+(41,5/2)=70,75=71°С.

Pr_t=c_t ·μ _t /λ _t =3352*0,51*10^-3/0,53=3,21.

где λ_t=0,51 Вт/(м К) –коэффициент теплопроводности рассола при t_ст.2=91,5^оC (рис.Х, стр.561, 1).

Gr_t Pr_t = ∆t₂ Pr_t = .

Так как GrPr>8*10⁵, Re>3500,то:

Критерий Нуссельта для рассола:

Nu₂=0,22·Re^0,8·Pr^0,4· .

Nu₂=0,22*4198^0,8*5,94^0,4=35,51.

Коэффициент теплоотдачи для рассола:

α₂^`=Nu₂·λ₂ /d₂=35,51*0,50/0,021=845,52 Вт/м²К.

Коэффициент теплоотдачи для водяного пара:

α₁=2,02* * =2,02*07*1102,5* =12056 Вт/м²К.

=0,7 – для шахматного расположения труб.

Термическое сопротивление стенки и загрязнений:

Σr_ст=1/5800+0,002/17,5+1/5800=4,59*10^-4м²·К/Вт.

Коэффициент теплопередачи:

К`=1/(1/ α<sub>1</sub>+ Σr<sub>ст</sub>+1/ α`₂)=1/(1/12056+4,53*10^-4+1/845,52)=579,82 Вт/м²·К.

Поверхностная плотность теплового потока:

q`=K`·∆t_ср=579,82*83=48125,7 Вт/м².

Уточним значение α₂, введем значение μ _ст2 :

∆t₂= =48125,7/845,52=56,92°С,

t_ст.2= t₂+∆t₂=50+56,92=106,9°С,

=0,43*10^-3 Па*с,

= * =845,52* =933,19 Вт/м²·К.

К=1/(1/ α₁+ Σrст+1/ α₂)=1/(1/12056+4,52*10^-4+1/933,19)=622 Вт/м2·К.

q=622*83=51626 Вт/м²,

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

F_p^`=Q/q=530668/51626=9,28 м²;

Выбираем одноходовый теплообменник внутренним диаметром 325мм с числом труб n=62 и их длиной 2м и диаметром 25×2 мм, поверхность теплообмена F=10 м² и сечением трубного пространства S₁=2,1·10^-2 м² по ГОСТ 15120-79.

Запас поверхности теплообмена:

*100%= =7.76%.

Масса аппарата М=632 кг.

Металлоемкость ~ 60 кг\м² поверхности теплообмена.

3. Расчет теплообменника «Труба в трубе».

Минимальная скорость движения рассола:

w₂=(10000·μ₂)/(d₂·ρ₂)=(10000·0,87·10^-3)/(0,05·1159,5)=0,15 м/с.

Принимаем количество параллельно работающих труб 57×3,5 n=2, тогда:

w₂=V₂/(0,785·d₂²·n)= 1,9*10^-3/(0,785·0,05²·2)=0,16 м/с.

Re₂=w₂·d₂·ρ₂/μ₂=0,16*0,05*1159,5/(0,87·10^-3)=32258;

Критерий Прандтля для рассола:

Pr₂=c₂·μ₂/λ₂=3414,85·0,87·10^-3/0,5=5,94;

Критерий Нуссельта для рассола рассчитаем по формуле:

Nu=0,021·ε_l·Re^0,8·Pr^0,43· (Pr/Pr_ст)^0,25,

принимаем ε_l=1 и (Pr/Pr_ст)^0,25=1, таким образом:

Nu₂=0,021·Re^0,8·Pr^0,43=0,021·64639^0,8·5,94^0,43=182,75;

Коэффициент теплоотдачи для рассола:

α₂`=Nu₂·λ₂ /d₂=182,75·0,5/0,05=1827,5 Вт/м²·К;

Коэффициент теплоотдачи для водяного пара:

α₁=1,28 А_t/(d t)^0.25.

Возьмем с последующей проверкой t_ст.1`=121°С, t<sub>ст.2</sub>`=85°С.

t=t_конд-t_ст.1`=132,9-121=11,9°С.

α₁`=1,28*7374,1/(0,021*11,9)^0,25=13350 Вт/м²·К;

Термическое сопротивление стенки и загрязнений:

Σr_ст=1/5800+0,0035/17,5+1/5800=5.44·10^-4 м²·К/Вт.

Коэффициент теплопередачи:

K`=1/(1/ α<sub>1</sub>`+ Σr_ст+1/ α₂`)=1/(1/13350+5.44*10^-4+1/1827,5)=856.9 Вт/м²·К.

q`=K`·∆t_ср=856.9*83=71127 Вт/м².

t_ст.1= t₁- =132.9- =123.57°С.

Так как полученное значение температуры стенки отличается от предполагаемого не более чем на 5%, то значение α₁` можно считать верным.

Уточним значение α₂`, введем значение Pr_ст2 :

Pr_ст2= с_ст2·μ_ст2/λ_ст2=3435,85*0,69*10^-3/0,5582=4,25;

где с_ст2, μ_ст2, λ_ст2 параметры рассола при температуре стенки t_ст.2.

= * =1827,5* =1987,04 Вт/м²·К.

К=1/(1/ α₁+Σrст+1/α₂)=1/(1/13350+5,44*10⁴+1/1987,04)=891,13Вт/м²·К.

Поверхностная плотность теплового потока:

q=K·∆t_ср=891,13·83=73963,79Вт/м².

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

F_p’=Q/q=530668/73963,79=7,17 м²;

Принимаем теплообменник «труба в трубе» (ГОСТ 9930-78) с площадью поверхности нагрева F_P= 8,56 м².

Запас поверхности теплообмена:

*100%= =11,6 %.

Масса аппарата М=800 кг.

Металлоемкость ~ 100 кг\м² поверхности теплообмена.