kursach2

При переходе от одноходового теплообменника к двухходовому потребление энергии насосом возрастает в 5 раз; при переходе от двухходового к четырехходовому – в 10 раз; при переходе от четырехходового к шестиходовому – в 15 раз.

По сравнению с одноходовым аппаратом на перемещение этилового спирта в шестиходовом теплообменнике затрачивается энергии больше в 607 раза.

Гидравлическое сопротивление трубного пространства уже при числе ходов по трубам Z=4 становится очень большим – 3419141 Па, а при Z=6 гидравлическое сопротивление очень велико – 49082791 Па. Поэтому с экономической точки зрения использование четырехходового теплообменника является нецелесообразным. Применять шестиходовый по трубному пространству аппарат не рекомендуется.

Расчёт гидравлического сопротивления межтрубного пространства

Для теплообменника с диаметром кожуха D=800 мм число сегментных перегородок .

Скорость этанола в штуцерах равна

(17)

В одноходовом по межтрубному пространству теплообменнике этанол омывает трубы в продольном направлении. Скорость этанола в межтрубном пространстве с сечением равна

, (18)

где - площадь сечения межтрубного пространства, определяющаяся по формуле

, (19)

где D – диаметр кожуха, м; d – наружный диаметр трубы, м; n – число труб.

Определив по уравнению (19) площадь сечения межтрубного пространства , находим скорость толуола в межтрубном пространстве для каждого теплообменника. Результаты сведены в Таблицу 6.

Таблица 6

Скорость этанола в межтрубном пространстве

Z	1	2	4	6
n	257	240	206	196
,	0,091	0,092	0,092	0,093
,	3,4	7,7	7,7	8,3

Поскольку значения для одноходового и многоходовых аппаратов различаются незначительно, рассматривать вариант одноходового теплообменника по межтрубному пространству и многоходовому по трубному не будем.

Число рядов труб m, омываемых этанолом в межтрубном пространстве в поперечном сечении:

, (20)

где n – количество труб.

В соответствии с уравнением (20):

а) Z=2,

б) Z=4,

в) Z=6,

Скорость этанола в вырезе перегородок:

, (21)

где - площадь сечения в вырезе перегородок, .

В соответствии с уравнением (21):

Для Z=2, Z=4: м/с;

Для Z=6: м/с.

По уравнению (3) определяем критерии Рейнольдса в зависимости от скорости этанола в вырезках перегородок, учитывая, что :

Для Z=2, Z=4:

Для Z=6:

Одноходовый теплообменник по межтрубному пространству

Эквивалентный диаметр межтрубного пространства равен

, (22)

где D – диаметр кожуха, м; - наружный диаметр трубы, м; n – количество труб.

В соответствии с уравнением (22):

По уравнению (3) находим критерий Рейнольдса в зависимости от скорости этанола в межтрубном пространстве:

Наблюдается неразвитое турбулентное течение. Поскольку трубы чугунные старые, коэффициент трения находится по номограмме:

.

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства при Z=1:

(23)

где Z – число ходов по трубам; d – эквивалентный диаметр межтрубного пространства; L – длина трубы, м; и - плотность (кг/м3) и скорость (м/с) в межтрубном пространстве; - скорость этанола в штуцерах в межтрубном пространстве, м/с.

По уравнению (23) гидравлическое сопротивление равно:

Па.

Многоходвые по межтрубному пространству теплообменники

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства, в котором установлены перегородки, рассчитывается по формуле:

, (24)

где и - плотность (кг/м3) и скорость (м/с) теплоносителя в межтрубном пространстве; - скорость теплоносителя в штуцерах в межтрубном пространстве, м/с; - критерий Рейнольдса для теплоносителя в межтрубном пространстве.

В соответствии с уравнением (24) гидравлическое сопротивление межтрубного пространства для

а) Z=2;4:

Па;

б) Z=6:

Па.

При переходе от одноходового теплообменника к многоходовому по межтрубному пространству пространству гидравлическое сопротивление увеличивается в 9,5 раз для Z=2, в почти 12 раз для Z=4 и в 12,7 раз для Z=6. Во столько же раз увеличится потребление энергии насосом, прокачивающим этанол через межтрубное пространство.

Заключение

1. Чтобы построить характеристику гидравлической сети и подобрать центробежный насос для перекачивания толуола, я рассчитала полный напор для различных значений Q, находящихся в интервале от 0 до 40. Все полученные значения сведены в Таблицу 1. Для значения Q=40 полный напор Н=21,598 м ст. этилацетата.

В результате расчетов для подачи Q=40 и напора Н=21,298 м ст. этилацетата подобран центробежный насос марки Х45/31, для которого при оптимальных условиях работы , Н=25 м ст. толуола, . Насос обеспечен электродвигателем А02-52-2 номинальной мощностью кВ, КПД электродвигателя , частота вращения вала n=48,3 об/с.

2. Гидравлическое сопротивление кожухотрубчатого теплообменника по трубному пространству для одноходового Па; для двухходового Па; для четырехходового Па; для шестиходовогоПа.

Гидравлическое сопротивление кожухотрубчатого теплообменника по межтрубному пространству для одноходового Па; для двухходового и четырехходового Па; для шестиходовогоПа.

Переход от одноходового аппарата к многоходовому резко увеличивает потребление энергии насосом, прокачивающим этанол через теплообменник.

Теплообменник с числом ходов больше двух использовать не целесообразно из-за большого гидравлического сопротивления четырех- и шестиходового аппарата.

Для рассчитываемого теплообменника приемлемыми вариантами могут быть:

а) одноходовый теплообменник и по трубному, и по межтрубному пространствам;

б) двухходовой теплообменник по трубному, и многоходовый по межтрубному пространствам.

Различие гидравлических сопротивлений одного хода по трубам и одного хода в межтрубном пространстве составляет

Для окончательного решения вопроса, по какому пространству кожухотрубчатого теплообменника пропускать теплоноситель, кроме гидравлического сопротивления, принимаются во внимание другие факторы, влияющие на коэффициенты скорости процессов теплоотдачи и теплопередачи, на потери тепла в окружающую среду. Также учитываются коррозионные свойства теплоносителя, его температура, давление, способность теплоносителя отлагать осадки или полимерозоваться и др.

22