Проектирование и расчет кожухотрубного теплообменника

Сила, которая движет любым теплообменным процесом всегда является разница в температурах теплоносителей. Примем в работе следующие обозначения: расходы массовые теплоносителей через и (кг/ч), теплоемкости - , (Дж/кг K), а также температуры на входе и на выхода из кожухотрубного теплообменника — соответственно для каждого значения через . Для нагреваемого процесса кг/с вещества с температурой в начале t2нач, и вещества с температурой в конце t2кон и начальной теплоемкостью потоком вещества кг/с с теплоемкостью c1 и начальной температурой t1нач и температурой в конце теплообмена t1кон получим:
G1∙c1∙(t1нач- t1кон)= G2∙c2∙( t2нач- t2кон)
Из данного уравнения выражаем тепловую мощность аппарата и вещественный расход, из-за которого греется вода. Находим объемный расход двух веществ с этой целью нужно найти или рассчитать среднюю разницу температур между теплоносителями.
Пусть в трубном пространстве течет вещество, которое будем нагреваться (будем обозначать его индексом 1), а в межтрубном – которое будет нагревать (будем обозначать его индексом 2). Вещества обычно направляют противотоком друг к другу. При противотоке всегда требуется меньшая теплопередающая поверхность, чем при прямотоке, для передачи равного количества тепла в одинаковых условиях начальных и конечных температур сред.
В основном количестве вариантов температурные теплообменные среды во время протекания теплопередающего момента изменяються, как результат происходящего теплообмена, и закомерно как результат будет изменяться и температурный градиент сквозь поверхность, где протекает теплообмен. Как вывод мы находим среднюю температурную разность по всей аппаратной длине , но как мы знаем данное изменение не всегда линейное и нам необходимо находить температурную разность по логарифму.
где и — соответственно большая температурная разность и меньшая температурная разность.
Мы как результат принимаем, что в трубном пространстве теплообменника течет нагреваемая вода, а в межтрубном пространстве теплообменника течет греющая вода.
1

. Находим разность средних температур при схеме течения воды – при противотоке теплоносителей.
221672721209000145 ⁰С вода которая греется 92⁰С
21162822641600073⁰С вода которая нагревается 4⁰С
∆tм = 72 ⁰С ∆tб = 88 ⁰С
Соотношение ∆tб / ∆tм = 88/ 72 = 1,22 ⁰С, и как вывод, находим среднелогарифмическую разницу температур:
∆tcр =(∆tб - ∆tм)/ ln (∆tм/ ∆tм) = (88-72)/ ln (88/72) = 80 ⁰С
2. Находим по формулам температуры теплоносителей по среднему значению
tcр1=t1н+t1k=118,5 ⁰C - для воды которая нагревает
tcр2=t2н+t2k=38,5 ⁰C - для воды которая греется
Запишем тепловые и физические свойства теплоносителей при температурах теплоносителей по их среднему значению и занесем в таблицу 1.
Таблица 1
Вода которая греет Вода которая нагревает
Значение температуры 118,5 Значение температуры при 38,5
Плотность, кг/м3 Теплоомкость, Дж/кгК Вязкость, Па с Теплопроводность, Вт/(м К)
Плотность, кг/м3 Теплоомкость, Дж/кгК Вязкость, Па с Теплопроводность, Вт/(м К)
943,1 4250 0,000201 0,686
992,2 4174 0,000653 0,635
Опираясь на уравнение количества тепла и заданной тепловой нагрузки на аппарат, вычисляем расход греющей воды:
кг/с, где
Q – тепловая нагрузка аппарата, кВт,
с1- теплоемкость воды, кДж/(кг∙К),
-начальная и конечная температуры греющей воды, .
кг/с, где
Q – тепловая нагрузка аппарата, кВт,
с2- теплоемкость воды, кДж/(кг∙К),
-начальная и конечная температуры греющей воды, .
Найдем объемный расход веществ
- объемный расход греющей воды, где:
- массовый расход греющей воды, кг/ч,
- плотность греющей воды, .
- объемный расход нагреваемой воды, где:
- массовый расход нагреваемой воды, кг/с,
- плотность нагреваемой воды, .
3. Опеределяем значение скорости движения веществ в теплообменнике.
Согласно ГОСТу 31842, утвержденного в 2012 году, мы подбираем необходимые диаметры теплообменных трубок и диаметр кожуха теплообменника