В кожухотрубном теплообменнике, схема которого представлена на рис. 1, в трубном пространстве движется поток 2, а в межтрубном – поток 1. В соответствии с данными, приведенными в табл. 1.1, определить характеристики потоков: V – объемный расход, м3/час; G – массовый расход, кг/час; w – скорость, м/с; dЭ – эквивалентный диаметр трубного и межтрубного пространства; гидродинамические режимы движения потоков (по Re); V0 – объемные расходы газов, приведенные к нормальным условиям, м3/час.
Рис. 1. Принципиальная схема кожухотрубного теплообменника.
Таблица 1.1 – Исходные данные к задаче 1
№ варианта DK,
м N Трубное пространство Межтрубное пространство
Поток 2 G2, кг/ч P2, атм t2, 0С Поток 1 w, м/с P1, атм t1,
0С
6 0,6 261 N2 (г) 3600 5 50 Н2О (ж) 1,5 1 40
Решение
Расчет параметров потока 2 в трубном пространстве
Согласно ГОСТ 15119-79 и 15121-79, в трубном пространстве теплообменного аппарата с DK=1,4 м используются трубы размером 25х2 мм. Таким образом, эквивалентный диаметр трубного пространства равен:
dэ2=dвн=dнар-2·δ=25-2·2=21 мм=0,021 м
Определяем плотность газа при рабочих условиях в теплообменнике:
ρ2=М22,4∙Т0∙рТ∙р0,
где М – мольная масса N2, кг/кмоль; М=28 кг/кмоль;
р0 – давление газа, соответствующее нормальным условиям, Па; р0=101325 Па;
р – давление газа, соответствующее рабочим условиям процесса, Па; р=5 атм=506625 Па;
Т0 – температура газа, соответствующая нормальным условиям, К; Т0=273 К;
Т – температура газа при рабочих условиях процесса, К; Т=500С=323 К.
ρ2=2822,4∙273∙506625323∙101325=5,283 кг/м3
Плотность газа при нормальных условиях составит:
ρ2(0)=М22,4=2822,4=1,25 кг/м3
Объемный расход газа в трубном пространстве рассчитываем по формуле:
V2=G2/ρ2=3600/5,283=681,43 м3/ч
Объемный расход газа при нормальных условиях:
V2(0)=G2/ρ2(0)=3600/1,25=2880 м3/ч
Скорость движения газа в трубном пространстве теплообменника рассчитываем по формуле:
w2=V2f2,
где f2 - площадь трубного пространства, м2:
f2=N∙0,785∙dвн2=261∙0,785∙0,0212=0,090 м2
где N=261 - число труб в теплообменнике.
w2=681,433600∙0,090=2,10 м/с
Рассчитываем критерий Рейнольдса при движении газа в трубном пространстве теплообменника:
Re2=w2·dэ2·ρ2/μ2,
где μ2 – динамическая вязкость газа, Па·с; μ2=0,018 мПа·с=0,018·10-3 Па·с – для азота при 500С
.
Re2=2,1·0,021·5,283/(0,018·10-3)=12943,35.
Следовательно, режим течения газа в трубном пространстве – турбулентный.
Расчет параметров потока 1 в межтрубном пространстве
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства теплообменника рассчитываем по формуле:
dэ1=DK2-N∙dнар2DК+N∙dнар,
где DК - диаметр кожуха, м; DК=0,6 м;
dнар-наружный диаметр труб, м; dнар=0,025 м.
dэ1=0,62-261∙0,02520,6+261∙0,025=0,028 м
Объемный расход воды в межтрубном пространстве рассчитываем по формуле:
V1=w1∙f1,
где w1 - скорость движения жидкости в межтрубном пространстве, м/с; w=1,5 м/с;
f1-площадь межтрубного пространства теплообменника, м2:
f1=0,785∙DK2-N∙dн2,
где dн - наружный диаметр труб теплообменника, м; dн=0,025 м.
f1=0,785∙0,62-261∙0,0252=0,155 м2
V1=1,5∙0,155=0,232м3с=837 м3/ч
Массовый расход воды рассчитываем по формуле:
G1=V1·ρ1,
где ρ1 – плотность воды, кг/м3; согласно справочным данным плотность воды при 400С составляет 992 кг/м3 .
G1=837·992=830304 кг/ч
Рассчитываем критерий Рейнольдса при движении воды в межтрубном пространстве теплообменника:
Re1=w1·dэ1·ρ1/μ1,
где μ1 – динамическая вязкость жидкости, Па·с; μ1=0,656 мПа·с=0,656·10-3 Па·с – для воды при 400С
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
