Уточненный расчет поверхности испарителя и окончательный выбор типа теплообменного аппарата

 

Поверхность теплообменного аппарата вычисляется по формуле

 

,  (3.7)

 

где К_ут - уточненный коэффициент теплопередачи, который вычисляется по формуле

 

, (3.8)

 

где α₁ и α₂ - коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях трубок;

S_ст и λ_ст- толщина стенки и теплопроводность материала.

В расчетах принимаем  = 30 Вт/(м·К). Коэффициенты α₁ и α₂ зависят от режима движения теплоносителя и физических свойств самих продуктов. Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в трубном пространстве. Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формулам

 

, (3.9)

 

где G_тр - расход метана в трубном пространстве, кг/с;

ρ_тр- плотность метана в трубном пространстве, кг/ м³;

f_тр- площадь проходного сечения по трубам, м².

Подставив данные, получим

 

м/с.

 

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле

 

; (3.10)

.

 

Так как критерий РейнольдсаRe>10000 - движение турбулентное.

Так для теплоотдачи без изменения агрегатного состояния для установившегося турбулентного течения внутри прямой трубы предложена зависимость;

 

Nu= , (3.11)

 

где - критерий Нуссельта,

Pr - критерий Прандтля.

Критерий Прандтля определяется по формуле

 

(3.12)

 

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле

 

(3.13)

 

Подставив данные, получим

 

;

;

 

Произведем уточненный расчет поверхности теплообмена по уточненной теплоотдаче в межтрубном пространстве.

Рассчитаем линейные скорости движения потоков по формуле

 

, (3.14)

 

где G_мтр- расход метана, кг/с;

ρ_мтр- плотность метана, кг/ м³;

f_мтр- площадь проходного сечения по межтрубному пространству, м².

Подставив данные, получим

 

м/с.

 

Режим потока устанавливается в зависимости безразмерного критерия Рейнольдса, который определяется по формуле

 

; (3.15)

.

 

Так как Re> 10³, то критерий Нуссельта находится по следующей формуле:

 

  (3.16)

 

где с, n - коэффициенты, зависящие от способа размещения труб. Для труб, расположенных по вершинам равностороннего треугольника с=0,21, n=0,65;

ε_φ - коэффициент, зависящий от многоходовости, для стандартных теплообменных аппаратов ε_φ= 0,6.

Найдем значение критерия Прандтля по формуле

 

. (3.17)

 

Коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности трубок определим по формуле

 

.   (3.18)

 

Подставив данные, получим

 

;

;

.

 

Рассчитаем уточненный коэффициент теплопередачи

 

 

Найдем уточненную поверхность теплообменного аппарата

 

м².

 

Таким образом, при данной уточненной площади теплообмена погрешность по поверхности теплообменного аппарата между уточненной и выбранной по каталогу составляет

 

 

Запас по площади теплообмена составил меньше 10%, поэтому принимаем решение использовать выбранный тип теплообменного аппарата, с условием, что их будет два и они будут использованы последовательно.