Выбор оптимального теплообменника

 

По формуле (28) рассчитывается вязкость компонентов  при средней температуре потока, сП: 

   
 

Также необходимо определить мольные доли компонентов горячего потока. Определяется массовый расход  компонентов в холодном потоке, кг/ч: 

 

По формуле (22) определяется количество вещества компонентов, кмоль:

   

 

По формуле (21) определяется мольная доля компонентов холодного потока: 

;

. 

По формуле (27) рассчитывается вязкость потоков, Па·с: 

  

По формуле (10) рассчитывается значение критерия Рейнольдса для трубного пространства: 

 

Для определения  критерия Рейнольдса в межтрубном пространстве необходимо найти эквивалентный диаметр [1, c. 72], м²: 

                                                                                             (30)

где D_к – диаметр кожуха, м;

      n_тр – количество труб теплообменника;

      d_н – наружный диаметр трубы, м. 

 

По формуле (10) рассчитывается значение критерия Рейнольдса для межтрубного пространства: 

 

Для расчета  значения критерия Прандтля следует  найти теплопроводность потоков. Теплопроводность смеси веществ находится по формуле [1, c. 22], Вт/(м·К): 

                                                                                                 (29)

 

  

По формуле (11) рассчитывается значение критерия Прандтля: 

 

Так как в  трубном пространстве Re >10000, значение критерия Нуссельта находится по формуле (12) для турбулентного режима: 

 

В межтрубном пространстве критерий Нуссельта находится  по формуле (15): 

 

Определяются  коэффициенты теплоотдачи по формуле (16). При движении жидкости внутри труб, Вт/(м²·К):  

  
 
 

При поперечном обтекании пучка труб, Вт/(м²·К): 

  

Рассчитывается  коэффициент теплопередачи по формуле (17), Вт/(м²·К):    

  

Уточняется площадь  поверхности теплообменника по формуле (1), м²: 

  

Определяется  запас поверхности теплообменника, %: 

                                                                                                 (31)

 

   Этот  же теплообменник берется для  расчета при условии подачи горячего потока в межтрубное пространство. Секундный расход жидкости, м³/с: 

  

По формуле (9) рассчитывается скорость движения жидкости м/с: 

 

По формуле (10) рассчитывается значение критерия Рейнольдса для трубного пространства: 

 

     

По формуле (10) рассчитывается значение критерия Рейнольдса для межтрубного пространства: 

 

Значение  критерия Прандтля: 

 

Значение критерия Нуссельта определяется по формуле (13) для переходного режима: 

 

В межтрубном пространстве критерий Нуссельта находится  по формуле (15): 

 

Коэффициенты  теплоотдачи по формуле (16). При движении внутри труб, Вт/(м²·К):  

  

При поперечном обтекании пучка труб, Вт/(м²·К): 

  

Коэффициент теплопередачи  по формуле (17), Вт/(м²·К):   

  

Площадь поверхности  теплообменника по формуле (1), м²: 

  

Запас поверхности  теплообменника, %: 

 

   При условии подачи горячего потока как в трубное, так и в межтрубное пространство запас поверхности выбранного теплообменника слишком велик, следует выбрать другие теплообменники из ряда типовых. 

   Для первого расчета (подача горячего потока в трубное пространство) принимается одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с площадью поверхности 427 м².

Характеристики  выбранного теплообменника [1, c. 91]:

- диаметр  кожуха – 1200 мм;

- число  труб – 1701 шт.;

- длина  труб – 4,0 м;

- диаметр  труб: d_н = 0,020 м;

                           d_вн = 0,016 м;

- проходные  сечения: S_тр = 0,342 м²;

                                     S_м.тр = 0,145 м² 

Секундный расход жидкости, м³/с: 

  

По формуле (9) рассчитывается скорость движения жидкости в трубном и межтрубном пространстве, м/с: 

 

По формуле (10) рассчитывается значения критерия Рейнольдса для трубного пространства: 

 

По формуле (30) рассчитывается значение эквивалентного диаметра для критерия Рейнольдса для межтрубного пространства: 

 

По формуле (10) рассчитывается значение критерия Рейнольдса для межтрубного пространства: 

 

    Значения критерия Прандтля: 

 

    В трубном пространстве  значение критерия Нуссельта находится по формуле (12) для турбулентного режима: 

 

    В межтрубном пространстве критерий  Нуссельта находится по формуле  (15): 

 

    Определяются  коэффициенты теплоотдачи по  формуле (16). При движении жидкости  внутри труб, Вт/(м²·К):  

  

    При  поперечном обтекании пучка труб, Вт/(м²·К): 

  

    Рассчитывается  коэффициент теплопередачи по  формуле (17), Вт/(м²·К):    

  

    Уточняется  площадь поверхности теплообменника  по формуле (1), м²: 

  

    Определяется  запас поверхности теплообменника, %:

                                                                                                

 
 

   Для второго расчета (подача горячего потока в межтрубное пространство) принимается кожухотрубчатый теплообменник одноходовой с площадью поверхности 329 м².

Характеристики  выбранного теплообменника [1, c. 91]:

- диаметр  кожуха – 800 мм;

- число  труб – 465 шт.;

- длина  труб – 9,0 м;

- диаметр  труб: d_н = 0,025 м;

                           d_вн = 0,021 м;

- проходные  сечения: S_тр = 0,161 м²;

                                     S_м.тр = 0,070 м² 

Секундный расход жидкости, м³/с: 

  

По формуле (9) рассчитывается скорость движения жидкости в трубном и межтрубном пространстве, м/с: 

 

По формуле (10) рассчитывается значения критерия Рейнольдса для трубного пространства: 

 

По формуле (30) рассчитывается значение эквивалентного диаметра для критерия Рейнольдса для межтрубного пространства: 

 

По формуле (10) рассчитывается значение критерия Рейнольдса для межтрубного пространства: 

 

    Значения критерия Прандтля: 

 

    В трубном пространстве  значение  критерия Нуссельта находится  по формуле (12) для турбулентного  режима: 

 

    В межтрубном пространстве критерий  Нуссельта находится по формуле  (15): 

 

    Определяются  коэффициенты теплоотдачи по  формуле (16). При движении жидкости  внутри труб, Вт/(м²·К):  

  

    При  поперечном обтекании пучка труб, Вт/(м²·К): 

  

    Рассчитывается  коэффициент теплопередачи по  формуле (17), Вт/(м²·К):    

  

    Уточняется  площадь поверхности теплообменника  по формуле (1), м²: 

  

    Определяется  запас поверхности теплообменника, %: