Гидравлический расчет теплообменника
Целью гидравлического расчета парового теплообменника является определение гидравлического сопротивления при движении жидкости по трубному пространству и мощности, необходимой для перемещения теплоносителя.
Гидравлическое сопротивление для трубного пространства теплообменного аппарата определяется по формуле
,
где 
– потеря давления на трение и преодоление местных сопротивлений, Па;
– коэффициент трения;
– число ходов по трубному пространству;
– длина трубок, м;
– внутренний диаметр трубок, м;
– сумма коэффициентов местных сопротивлений;
– плотность теплоносителя, кг/м3;
– скорость движения теплоносителя в трубках, м/с.
Значения коэффициента трения определяются по таблице XII и рисункам 1.5, 1.6 [4] или рассчитываются для стальных гидравлически шероховатых труб по формуле [4]
,
где 
– относительная шероховатость труб;
– средняя высота выступа (бугорков) на стенках трубы, равная для стальных цельнотянутых и сварных труб при незначительной коррозии – 0,2 мм.
Для коэффициентов местных сопротивлений в кожухотрубчатых теплообменниках рекомендуется принимать следующие значения [4]:
входная или выходная камера – 1,5;
поворот на 180 °С между ходами – 2,5;
вход трубы или выход из них – 1,0.
Мощность, потребляемая двигателем насоса, рассчитывается по формуле
,
где 
– мощность насоса, Вт;
– объемный расход теплоносителя, м3/с;
– полная потеря напора, Па;
– общий к.п.д насосной установки, равный 0,7 – 0,8.
Литература
1 Михеев М.А. Основы теплопередачи/ М.А. Михеев, И.М Михеев.– М.: Энергия, 1973.– 320 с.
2 Юдаев Б.Н. Теплопередача/ Б.Н. Юдаев.– М.: Высшая школа, 1973.– 360 с.
3 Флореа О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии/ О.Флореа, О. Смигальский.– М.: Химия, 1971.– 444 с.
4 Романков П.Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи)/ П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Фисюк.– — СПб.: Химиздат, 2009 .— 544 с. : ил.
5 Машины и аппараты химических производств / И.И. Чернобыльский и др..– М.: Машиностроение, 1975.– 456 с.
6 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов / А.Г. Касаткин .– 15-е изд., стер. — М.: Альянс, 2009.– 750 с.
7 Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок/ А.М. Бакластов.– М.: Энергия, 1970.– 568 с.
8 Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Книга 1/ Н.И. Гельперин.– М.: Химия, 1981.– 812 с.
9 Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов: в 2 кн. / Ю.И. Дытнерский .– М.: Химия, 1995
Приложение А
(рекомендуемое)
Исходные данные контрольного примера
по расчету теплообменника
СТИ НИЯУ МИФИ, КАФЕДРА МАХП
ПРОГРАММА ПО КУРСУ
"Процессы и аппараты химических производств"
РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО
ТЕПЛООБМЕННИКА
Язык программирования "TurboPascal 5.5"
Составил Минина О.Г.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Теплоемкость воды, Дж/кг*К C= 4180.00
Коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/м*К L1= 0.686000
Коэффициент теплопроводности воды, Вт/м*К L2= 0.653000
Коэффициент теплопроводности стали, Вт/м*К L3= 46.5000
Коэффициент теплопроводности накипи, Вт/м*К L4= 2.00
Динамический коэффициент вязкости конденсата, Па*с M1= 0.000231
Динамический коэффициент вязкости воды, Па*с M2= 0.000509
Толщина стенки трубок, м B3= 0.002000
Толщина слоя накипи, м B4= 0.000500
Удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг Q= 2208000.00
Термическое сопротивление загрязнений
стенок трубок, кв.м*К/Вт O= 0.00
Плотность конденсата греющего пара, кг/м в кубе P1= 943.00
Плотность нагреваемой воды, кг/м в кубе P2= 985.00
Скорость движения воды в трубках, м/с W= 0.0500
Наружный диаметр трубок, м D= 0.0380
Температура конденсации пара, град T3= 120.0000
Средняя температура нагреваемой воды, град T4= 54.5200
расчет окончен
Приложение Б
(рекомендуемое)
Результаты расчета
СТИ НИЯУ МИФИ, КАФЕДРА МАХП
ПРОГРАММА ПО КУРСУ
"Процессы и аппараты химических производств"
РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО
ТЕПЛООБМЕННИКА
Язык программирования "TurboPascal 5.5"
Составил Минина О.Г.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Скорость движения горячей воды, м/с W1= 0.135
Средняя температура горячей воды, град. T3= 43.000
Скорость движения холодной воды, м/с W2= 0.057
Средняя температура холодной воды, град. T4= 16.500
Р Е З У Л Ь Т А Т Ы Р А С Ч Е Т А
Скорость движения Удельный тепловой Коэффициент
теплоносителя поток теплопередачи
1 0.0057 1077.671 40.66682
2 0.0114 1568.411 59.18533
3 0.0171 1927.271 72.72719
4 0.0228 2218.113 83.70238
5 0.0285 2473.310 93.33247
6 0.0342 2699.807 101.87950
7 0.0399 2894.198 109.21503
8 0.0456 3076.220 116.08378
9 0.0513 3240.105 122.26810
10 0.0570 3387.963 127.84767
расчет окончен
Приложение В
(обязательное)
Задания на расчет кожухотрубчатого теплообменника
Таблица В.1 – Задания на расчет кожухотрубчатого теплообменника
| Исходные данные | Задания | |||||||||||||
| 1 Конденсирующийся насыщенный пар | Этиловый спирт | Бензол | Воды | |||||||||||
| 2 Давление пара, МПа | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,25 | 0,3 | 0,4 | 0,2 | 0,4 | 0,5 | 0,5 |
| 3 Жидкость-раствор | Вода | Вода | NaOH | H2SO4 | ||||||||||
| 4 Концентрация раствора, % | - | - | - | - | - | - | 10,15 | 10,15 | 10,15 | 10,15 | ||||
| 5 Производительность по пару, кг/с | 0,1 | 0,25 | 0,5 | 0,3 | 0,6 | 1,0 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 6 Производительность по жидкости, кг/с | - | - | - | - | - | - | ||||||||
| 7 Начальная температура жидкости, 0С | ||||||||||||||
| 8 Конечная температура жидкости, 0С |
Продолжение таблицы В.1
| Исходные данные | Задания | ||||||||||||||
| 1 Конденсирующийся насыщенный пар | Воды | ||||||||||||||
| 2 Давление пара, МПа | 0,25 | 0,3 | 0,35 | 0,4 | 0,5 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,7 | 0,3 | 0,5 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | |
| 3 Жидкость-раствор | Этиловый спирт | Вода | NaOH | Уксусная кислота | |||||||||||
| 4 Концентрация раствора, % | |||||||||||||||
| 5 Производительность по пару, кг/с | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| 6 Производительность по жидкости, кг/с | 2,0 | 5,0 | 4,0 | 10,0 | 0,2 | 2,5 | 5,0 | 10,0 | 60,0 | 2,0 | 5,0 | 10,0 | |||
| 7 Начальная температура жидкости, 0С | |||||||||||||||
| 8 Конечная температура жидкости, 0С | |||||||||||||||
Окончание таблицы В.1
| Исходные данные | Задания | ||||||||||||||||
| 1 Конденсирующийся насыщенный пар | Воды | ||||||||||||||||
| 2 Давление пара, МПа | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,2 | 0,4 | 0,5 | 0,2 | 0,25 | 0,3 | 0,25 | 0,4 | 0,7 | 0,6 | |||
| 3 Жидкость-раствор | NaOH | H2SO4 | CaCl2 | NaCl | Вода | ||||||||||||
| 4 Концентрация раствора, % | |||||||||||||||||
| 5 Производительность по пару, кг/с | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||
| 6 Производительность по жидкости, кг/с | 0,2 | 0,6 | 1,5 | 3,0 | 0,3 | 1,0 | 1,5 | 0,5 | 1,0 | 2,0 | 0,6 | 1,8 | - | - | |||
| 7 Начальная температура жидкости, 0С | |||||||||||||||||
| 8 Конечная температура жидкости, 0С | |||||||||||||||||
Владимир Петрович Пищулин