ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
ПРИМЕРЫ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Задание 3-1. В трубном пространстве горизонтального кожухотрубчатого теплообменника нагревается жидкость от температуры t„ до 1К.
Исходные данные к заданию 3-1
16 п/п Жидкость К, °С МПа п Z Пр
1 Бензол
2 Бутанол
3 Изопропанол
4 Толуол
5 Уксусная кислота
в Тетрахлорид углерода
7 Этанол
8 Ацетон
9 Метанол
10 Сероуглерод

213

Расход жидкости равен G. В межтрубное пространство поступает сухой насыщенный водяной пар, не содержащий воздуха. Абсолютное давление греющего пара рг „. Трубы теплообменника имеют диаметр 25 х 2 мм. Общее число труб равно п. Среднее число рядов труб по вертикали пр. Определить поверхность теплопередачи и длину труб для двух случаев:

1) теплообменник имеет один ход но трубному пространству (z 1);

2) теплообменник имеет z ходов.

Потерями теплоты пренебречь. Использовать метод последовательных приближений по температурам стенок.

Задание 3-2. В трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника охлаждается жидкость от температуры tH до /к. Расход охлаждаемой жидкости G. скорость движения в трубах w. Охлаждающая вода проходит противотоком по межтрубному пространству со скоростью wh в вырезах перегородок и нагревается от температуры tH н до £в к. Диаметр шахматно расположенных труб 25 х 2 мм. Определить плотность теплового потока, температуры поверхностей стенки, необходимую поверхность теплопередачи и расход воды.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Теплообменные кожухотрубчатые аппараты с неподвижными трубными решетками и с температурными компенсаторами на кожухе используются в тех случаях, когда не возникает необходимости в механической очистке межтрубного пространства. Поэтому в трубное пространство обычно подается тот теплоноситель, который при нагревании или испарении может отлагать на стенках труб нерастворимый осадок, удаляемый только механической очисткой, а в межтрубное пространство подается чистая жидкость или конденсирующийся пар.

Расход неочищаемой охлаждающей воды обычно принимается таким, чтобы ее конечная температура не превышала 45-50 °С во избежание значительного отложения растворенных в воде солей (образования накипи). Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с неподвижными решетками и с поперечными перегородками в межтрубном пространстве, применяемые в химической, нефтяной и других отраслях промышленности, имеют классификацию, обозначаемую соответствующими индексами:

по назначению (первый буквенный индекс): Т - теплообменники; X -холодильники; К - конденсаторы; И - испарители;

по конструкции (второй буквенный индекс): Н - с неподвижными трубными решетками; К - с температурным линзовым компенсатором на кожухе;

но расположению теплообменника (третий буквенный индекс): Г -горизонтальное; В - вертикальное.

Основные сведения о кожухотрубчатых теплообменных аппаратах с неподвижными трубными решетками согласно ГОСТам 15119-79, 15120-79, 15121-79 и 15122-79 со стальными трубами диаметром 25x2 мм приведены в табл. 3.6 и 3.7 и в Приложении (табл. XXX и XXXI). Размещение труб в трубных решетках см. ГОСТ 15118-79. Примеры размещения отверстий под трубы приведены на рис. I и II Приложения.

Кожухотрубчатые аппараты с неподвижными решетками типа ТН, ХН, КН и ИН используются в тех случаях, когда разность температур кожуха (<к) и труб (<т) меньше максимально допустимой, приведенной в табл. XXXI. При большей разности (tK - tT) используются аппараты с линзовым компенсатором типа TK, КК, ХК, ИК или с плавающей головкой (ГОСТ 14246-79).

Пример 3.1. Рассчитать теплообменный аппарат для охлаждения 3,96 т/ч диэтилового эфира от 25 до -10 °С 23,8 %-м раствором хлорида кальция, поступающим из холодильной установки с температурой -15 °С и нагревающимся в теплообменнике до -12 °С. Сопоставить несколько вариантов кожухотрубчатых аппаратов, различающихся гидродинамическими режимами течения теплоносителей.

2. Предварительно намечаются варианты возможных теплообменных аппаратов, использование которых способно обеспечить заданные параметры процесса теплопередачи. Для этого определяется ориентировочная площадь поверхности теплопередачи по выбранному значению коэффициента теплопередачи К (табл. 3.4), как при теплообмене от жидкости к жидкости для углеводородов и вязких масел {К0,, — 250 Вт/(м2 К)):

F0p = Q/(KoPA*cp) = 86,5 1 03/(250 1 6,0) = 21,6 м2.

Полученное оценочное значение поверхности позволяет сделать вывод о том, что в качестве холодильника могут быть использованы: а) теплообменник типа "труба в трубе"; б) элементный, т. е. составленный из нескольких последовательно соединенных аппаратов меньшей теплооб-менной поверхности; в) одиночный кожухотрубчатый annapai необходимой поверхности. Из табл. 3.7 следует, что для использования можно подобрать аппараты как типа ХН, так и типа ТН.

Определяются условия интенсивного теплообмена, соответствующие турбулентному режиму течения теплоносителей. Рассол направляется в трубное пространство, поскольку он может давать большие загрязнения, чем диэтиловый эфир, который направляется в межтрубное пространство.

В теплообменных трубах диаметром 25x2 мм скорость течения рассола для обеспечения условия Re > 104 должна быть не ниже где ц2 = 7,17 10 3 Па с - динамическая вязкость рассола при -13,5 °С (табл. XLVI).
Поперечное сечение трубного пространства, обеспечивающее скорость рассола 
Наименьшее поперечное сечение Sr - 0,50 10 2 м2 трубного пространства имеет одноходовой кожухотрубчатый холодильник с числом труб 13 (табл. 3.7), но имеющий наибольшую теплопередающую поверхность F = 3,0 м2 < 21,6 м2. Следовательно, турбулентный режим течения рассола можно обеспечить лишь в аппарате типа "труба в трубе", в котором сечение единственной внутренней трубы меньше требуемого значения S2 = 0,289 1(Г2 м2.

Производится тепловой расчет необходимой поверхности теплопередачи для различных вариантов конструктивного оформления процесса.

Вариант 1. Теплообменник "труба в трубе" (ГОСТ 9930-78).

1.1. Рассматривается аппарат, изготовленный из труб диаметром 89x4 и 57x3,5 мм. Скорость рассола во внутренней трубе теплообменника ТТ для обеспечения турбулентного течения должна быть не менее.
Число параллельных труб при этом должно 24мм.