- •Пояснительная записка
- •Задание
- •Содержание
- •Введение
- •1. Технологический расчет
- •1.1. Расчет тепловой нагрузки
- •1.2. Ориентировочный расчет теплообменника.
- •1.3. Уточненный расчет поверхности теплообменника.
- •2. Гидравлический расчет
- •2.1. Расчет гидравлических сопротивлений трубного пространства.
- •2.2. Расчет гидравлических сопротивлений межтрубного пространства.
- •3. Конструктивно-механический расчет
- •3.1. Выбор материала.
- •3.2. Расчет обечайки корпуса
- •3.3. Расчет толщины днища и крышки теплообменника.
- •3.4. Расчет и подбор штуцеров.
- •3.5. Расчет трубных решеток.
- •3.6. Расчет опор.
- •4. Расчет толщины тепловой изоляции.
- •Заключение.
- •Литература
2.1. Расчет гидравлических сопротивлений трубного пространства.
В трубное пространство подается ацетон. Общее сопротивление трубного пространства можно рассчитать по уравнению [6, с. 21]:
Здесь - потеря давления при входе потока из штуцера в распределительную камеру теплообменника, Па; - потеря давления при входе потока из распределительной камеры в трубы теплообменника, Па; - потеря давления на трение в трубах теплообменника, Па; - потеря давления при выходе потока из труб, Па; - Потеря давления при входе потока в штуцер теплообменника, Па; - число ходов в теплообменнике.
Потери давления в местных сопротивлениях (∆Р1–∆Р4) рассчитывают по формуле [6, с. 21]:
где - коэффициент местного сопротивления на рассматриваемом участке теплообменника; - скорость жидкости в узком сечении рассматриваемого участка, м/с.
Скорость потока на входе и на выходе определяется исходя из диаметра присоединительного штуцера; т.к. ацетон меняет свое агрегатное состояние из жидкости в пар, то диаметр штуцера рассчитаем по формуле [7, с. 53]:
где – рекомендуемое значение скорости с учетом агрегатного состояния потока (для жидких потоков – 1-3 м/с; для паровых или газовых – 10-30 м/с).
Объемные расходы ацетона при разном агрегатном состоянии:
для жидкости:
для пара:
Примем для жидкого потока ацетона 3 м/с, а парового – 30 м/с. Это максимальное рекомендуемое значение скорости с учетом агрегатного состояния потока [7, с. 53]. Рассчитаем скорость потока на входе:
в распределительную камеру (ацетон жидкий):
в штуцер (выход из теплообменника - пары ацетона):
Уравнение для расчета рекомендуемой скорости получим из уравнения диаметра штуцера:
По результатам расчета возьмем стандартные размеры штуцеров [7, с. 53]: ; .
Рассчитаем скорость на входе и выходе из штуцера:
Скорость потока в трубах определяют по уравнению [7, с. 54]:
где - площадь проходного сечения трубного пространства выбранного аппарата [7, с. 51].
Потери давления на разных участках пути движения теплоносителя:
где [7, с. 190]
Для расчета потерь давления на трение воспользуемся формулой [7, с. 54]:
где - коэффициент трения; - длина труб, м.
Коэффициент трения зависит от режима движения и шероховатости стенок трубы, поэтому его можно рассчитать с помощью критерия Рейнольдса:
движение потока ламинарное, следовательно:
Тогда гидравлическое сопротивление трубного пространства составляет:
2.2. Расчет гидравлических сопротивлений межтрубного пространства.
В межтрубное пространство подается водяной пар. Общее сопротивление межтрубного пространства можно рассчитать по уравнению [7, с. 54]:
где - потеря давления при входе потока в межтрубное пространство, Па; - потеря давления при огибании потоком перегородки, Па; - потеря давления при выходе потока их межтрубного пространства, Па; - потеря давления на трение в одном ходе межтрубного пространства, Па; - длина труб теплообменника, м; - расстояние между перегородками; - число ходов в межтрубном пространстве.
Потери давления находим также как по общей формуле. Коэффициенты местных сопротивлений: [7, с. 190].
Скорости потока на соответствующих участках [7, с. 55]:
где - скорость движение потока в вырезе перегородки; - площадь сечения выреза в перегородке [4, с. 51]; - плотность греющего водяного пара при [2, с. 548].
Найдем потери напора в межтрубном пространстве:
Потери давления на трение в одном ходе межтрубного пространства находят по формуле [7, с. 55]:
Скорость в одном ходе межтрубного пространства:
Критерий Рейнольдса для межтрубного пространства:
где - коэффициент вязкости греющего пара [2, с. 557].
Коэффициент трения в межтрубном пространстве зависит от размещения труб и числа рядов труб. При размещении труб по вершинам треугольников ведут расчет по формуле [7, с. 55]:
Тогда общее сопротивление межтрубного пространства составит: