Подобрать теплообменный аппарат для подогрева нестабильного бензина с 
= 100 ºС до 
= 140 ºС с расходом G1= 20 кг/с. Для нагрева нестабильного бензина используется стабильный бензин с установки с температурой 
= 220 ºС, подаваемый насосом в количестве G2 = 12 кг/с.
5.4.1 Расчет тепловой мощности и средней разности температур.
Предварительно принимаем, что нагревающийся продукт направляем в трубное пространство – индекс 1, а охлаждающийся – в межтрубное пространство - индекс 2.
Средняя температура потока в трубном пространстве составит:
.
Теплофизические свойства нестабильного бензина при 
следующие:
Ср1=2500 Дж/(кг∙К);
ρ1=670 кг/м3;
ν1=0,3∙10-6 м2/с;
μ=2,01∙10-4 Па∙с;
λ1=0,09 Вт/(м∙К).
Тепловая мощность аппарата с учетом теплопотерь (5 %) составит:
,
.
Так как температура на выходе стабильного бензина неизвестна и ее следует определить, то теплофизические свойства примем по известной температуре, то есть при 
Ср2=2915 Дж/(кг∙К)
ρ2=609 кг/м3
ν2=0,21∙10-6 м2/с
μ2=1,28∙10-4 Па∙с
λ2=0,075 Вт/(м∙К)
Уравнение теплового баланса записывается так:
Q=Q1=Q2,
.
Отсюда следует:
,
.
Наибольшая разность температур составит:
.
Наименьшая разность
.
Так как в многоходовых теплообменниках имеет место смешанный ток теплоносителей, то поправочный коэффициент
,
.
Составит 
.
Средняя разница температур составит
,
.
5.4.2 Поверочный расчет и выбор теплообменника
Так как теплообмен происходит без изменения агрегатного состояния потоков, то предварительно принимаем коэффициент теплопередачи К = 220 Вт/ м2∙К.
Тогда предварительная поверхность теплообмена составит:
,
.
Так как 
, то следует принять теплообменник с компенсатором на кожухе с количеством волн компенсатора равным 4.
|
|
По каталогу [15] принимаем следующий теплообменник типа ТК:
– поверхность теплообмена Fкат = 165 м2;
– Dн= 800 мм;
– lтр= 4000 мм;
– dт∙Sт=20*2 мм;
– число ходов z=4;
– расположение труб - по вершинам треугольников;
– площадь проходного сечения на 1 ход в трубном пространстве fтр= 0,33 м2;
– площадь проходного сечения в межтрубном пространстве между перегородками fмтр= 0,077 м2.
5.4.3 Уточненный расчет теплообменника.
Для проверки правильности выбора теплообменника необходимо определить фактический коэффициент теплопередачи, на основании которого рассчитывается необходимая поверхность теплообмена:
- теплоотдача в трубном пространстве
а) средняя скорость потока в трубках составит
.;
б) критерий Рейнольдса:
,
.
Так как, 
, то режим течения турбулентный;
в) критерий Прандля
,
;
г) критерий Нуссельта для турбулентного режима
.
Так как в трубном пространстве происходит нагрев, то
.
Подставляем значение, получим:
;
д) коэффициент теплопередачи от труб к нагреваемому потоку составит:
,
;
– теплоотдача в межтрубном пространстве:
а) скорость потока в межтрубном пространстве составит
,
;
б) критерий Рейнольдса:
,
.
Так как 
, то режим течения в межтрубном пространстве турбулентный;
в) критерий Прандля:
,
;
г) критерий Нуссельта для турбулентного движения потока в межтрубном пространстве при размещении труб по вершинам треугольников:
.
Так как в трубном пространстве происходит охлаждение стабильного бензина, то:
.
В кожухотрубчатых теплообменниках с поперечными перегородками коэффициент 
=0,6.
|
|
Тогда:
;
д) коэффициент теплоотдачи от стабильного бензина в межтрубном пространстве к трубам составит:
;
;
– уточненный коэффициент теплопередачи составит:
,
где rзагр1, rзагр2 – термическое сопротивление возможных загрязнений по внутренней и наружной поверхностях трубок, можно принять равными 0,2∙10-3 (м2∙К)/Вт для углеводородов.
Тогда:
;
– требуемая поверхность теплообмена составит:
,
;
– имеющийся запас поверхности теплообмена составляет:
,
.
Таким образом, запас поверхности теплообмена составляет 41 % и выбранный теплообменный аппарат удовлетворяет заданным условиям. Он имеет следующую маркировку:
800ТК-1,6-М1/20Г-4-Т-4-У-И по ТУ 3612-023-00220302-00.
Механический расчет
Механический расчет теплообменника сводится к определению основных элементов аппарата (кожуха, крышек, трубных решеток и т.п.), обеспечивающих его прочность, жесткость и безопасную длительную эксплуатацию аппарата.
Исходные данные:
– тип теплообменного аппарата;
– назначение теплообменного аппарата;
– диаметр кожуха внутренний, мм;
– температура в трубном пространстве, °С:
а) на входе;
б) на выходе;
– температура в межтрубном пространстве, оС:
а) на входе;
б) на выходе;
– среда в трубном пространстве;
– среда в межтрубном пространстве;
– давление рабочее (или расчетное), в трубном пространстве, МПа;
– давление рабочее (или расчетное), в межтрубном пространстве, МПа.