Выполнить тепловой расчет пароводяного кожухотрубного теплообменника

Количество теплоты, передаваемое в аппарате:
Q=G2∙cp1∙t2''-t2' , кВт (1)
где cp1=4,19 кДж(кг∙К) - удельная теплоемкость (при ) воды.
Q=75∙1033600∙4,19∙90-10=6983 Вт
По таблице свойств насыщенного водяного пара (по давлениям) при р=0,27МПа, температура насыщения tн=130 и скрытая теплота парообразования 2175 кДжкг
Расход пара на теплообменник:
D=Qr=69832175=3,211 кгс (2)
Средняя температура стенки трубы:
tc=0,5∙tн+t2'+t2''2=0,5∙130+10+902=90 ℃ (3)
Средняя температура пленки конденсата:
tпл=0,5∙tн+tc=0,5∙130+90=110 ℃ (4)
Принимаем высоту труб аппарата h=2 м и определяем коэффициент теплоотдачи при конденсации пара для вертикальной трубы:
a1=1,15∙4λ13∙g∙ρ1∙rv1∙1h∙tн+tc, (5)
По таблице физических свойств воды на линии насыщения при tпл=110 ℃ находим: ρ1=951 кгм3, λ1=0,685 Вт(м∙К), v1=0,272∙10-6 м2с, тогда:
a1=1,15∙40,6853∙9,81∙951∙2175∙1030,272∙10-6∙12∙130-90=
=4785 Втм2∙К
Средняя температура воды:
t2=0,5∙t2'+t2''=0,5∙10+90=50℃ (6)
По таблице физических свойств воды на линии насыщения при t2=50°C находим: ρ2=988,1 кгм3, λ2=0,640 Вт(м∙К), v2=0,556∙10-6 м2с, Pr2=3,59 . При tc=90℃ - Prс=1,97.
Принимаем w=2,0 м/с и определяем критерий Рейнольдса:
Re2=w∙dвнv2=2,5∙0,0140,556∙10-6=62950 (7)
Так как Re2>104, то режим движения турбулентный
Критерий Нуссельта:
Nu2=0,021∙Re20,8∙Pr20,43∙Pr2 Prс0,25∙εl (8)
гдеεl - коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы.
При ld=200014=143>50, εl=1;
Nu2=0,021∙629500,8∙3,590,43∙3,591,970,25∙1=291,92
тогда коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы
a2=Nu2∙λ2dвн , Втм2∙К 9
a2=291,92∙0,6400,014=13340 Втм2∙К
Коэффициент теплопередачи:
k=11a1+δcλ+1a2 , Втм2∙К (10)
гдеδc - толщина стенки трубы, ;
δc=0,5∙dн-dвн, м (11)
δc=0,5∙0,017-0,014=0,0015 м
тогда
k=114785+0,001585,5+113340=3317Втм2∙К
В промышленных условиях вследствие загрязнения поверхностей нагрева интенсивность теплообмена снижается, поэтому действительный коэффициент теплопередачи определяем по формуле:
kд=0,8∙k=0,8∙3317=2654 Втм2∙К (12)
Среднелогарифмический температурный напор:
∆tср=tн-t2'-tн-t2''lntн-t2'tн-t2'' , ℃ (13)
∆tср=130-10-130-90ln130-10130-90=72,819 ℃
Площадь поверхности теплообменного аппарата находим из уравнения теплопередачи:
F=Qkд∙∆tср=6983∙1032654∙72,819=36,132 м2 (14)
Число трубок в одном ходу:
m'=4∙G23600∙ρ2∙w∙π∙dвн2 (15)
m'=4∙75∙1033600∙988,1∙2,5∙3,14∙0,0142=54,814
Принимаем m=60 и число ходов в аппарате Z=4, тогда общее количество труб в теплообменнике:
n=m∙Z (16)
n=60∙4=240
Действительная высота труб:
H=Fπ∙dср∙n , м (17)
где dср - средний диаметр трубы, ;
dср=0,5∙dн+dвн, м (18)
dср=0,5∙0,014+0,017=0,016 м
тогда
Н=36,1323,14∙0,016∙240=2,997 м
Невязка расчета:
∆=h-Hh∙100, % (19)
∆=2-2,9972∙100=49,85 %
Так как , то принимаем число ходов Z=6 и повторяем расчет
n=60∙6=360
Н=36,1323,14∙0,016∙360=1,998 м
∆=2-1,9982∙100=0,1 %
Диаметр трубной доски при расстоянии труб по вершинам равностороннего треугольника определяем из соотношения:
D=1,13∙t∙sina∙nψ , м (20)
где - шаг между трубками, ;
t=1,25…2,5∙dн, м (21)
t=2,5∙0,017=0,043 м
- коэффициент заполнения трубной доски для многоходовых аппаратов;
;
D=1,13∙0,043∙0,866∙3600,6=1,108 м