Гидравлический расчет теплообменного аппарата

Целью расчета является определение величины гидравлического сопротивления, вносимого теплообменником в систему теплотехнических трубопроводов, и определение мощности, необходимой для перемещения теплоносителя.

Для прохода через теплообменный аппарат теплоносители должны подаваться под некоторым избыточным давлением, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление аппарата.

Потери давления (напора) по трубному и межтрубному пространствам (Па)

, (9.49)

где l – коэффициент трения, выбираемый по графикам; l – длина одного хода, трубы, канала и др., м; n – число ходов, труб, витков и каналов; – эквивалентный диаметр трубы, канала, межтрубного пространства, рубашки спирального канала, м; – сумма коэффициентов местных сопротивлений; W - массовая скорость среды, кг/(с м²);r – плотность среды, кг/м³.

Коэффициент трения: а) для ламинарного течения среды (Re > 2300): в трубах круглого сечения ; в каналах некруглого сечения ; а) для турбулентного сечения (применяется при Re > 100000).

Гидравлическое сопротивление аппарата с рубашкой состоит из потери напора на трение теплоносителя в рубашке и местных сопротивлений входа и выхода.

Потеря давления в изогнутой трубе (змеевике) больше, чем в прямой трубе (Па):

, (9.50)

Безразмерный поправочный коэффициент вычисляют по формуле

, (9.51)

где d – внутренний диаметр трубы, м; D – диаметр витка змеевика, м.

Потеря давления в прямой трубе (Па)

, (9.52)

где – длина трубы, из которой навит змеевик, м.

Потеря давления в спиральном теплообменнике определяется по формуле (9.49). Коэффициенты местных сопротивлений и зависят от отношения площадей поперечного сечения входного и выходного патрубков.

Гидравлическое сопротивление многопакетного, многоходового пластинчатого теплообменного аппарата при одинаковом числе каналов во всех пакетах выражается уравнением

, (9.53)

где - коэффициент общего гидравлического сопротивления единицы относительной длины межпластинного канала; и –приведенная длина и эквивалентный диаметр одного межпластинного канала, м; r – плотность рабочей среды, кг/м; - линейная скорость рабочей среды, м/с; V – объемный расход, м³/ с; f – площадь сечения канала, м², m – число каналов в пакете; x – число последовательно включенных каналов или число пакетов в секции.

Мощность, затраченная на преодоление гидравлических сопротивлений (кВт)

, (9.55)

где V – расход теплоносителя, – полная потеря напора, Па; h –КПД машины или насоса, создающего напор.

По подсчитанной мощности нужно выбрать насос для подачи теплоносителя.

Механический расчет теплообменного аппарата состоит из проверки на прочность отдельных узлов и деталей, и сводится к определению их номинальных расчетных размеров (толщины стенок, фланцев и т.п.), которые должны обеспечить им необходимую долговечность.

Вопросы для повторения

1. Классификация теплообменных аппаратов

2. Основные требования к теплообменным аппаратам

3. Кожухотрубчатые теплообменники, устройство, принцип действия, область применения

4. Способы крепления труб в трубной решетке

5. Способы компенсации температурных удлинений в кожухотрубчатых теплообменниках

6. Элементные теплообменники, устройство, принцип действия, область применения

7. Двухтрубные теплообменники "труба в трубе", устройство, принцип действия, область применения

8. Витые теплообменники, устройство, принцип действия, область применения

9. Оросительные теплообменники, устройство, принцип действия, область применения

10. Ребристые теплообменники, устройство, принцип действия, область применения

11. Спиральные теплообменники, устройство, принцип действия, область применения

12. Пластинчатые теплообменники, устройство, принцип действия, область применения

13. Графитовые теплообменники, устройство, принцип действия, область применения

14. Теплообменные устройства реакционных аппаратов, устройство, принцип действия, область применения

15. Теплообменники воздушного охлаждения, устройство, принцип действия, область применения

16. Теплообменники смешения, устройство, принцип действия, область применения

17. Методика инженерного расчета теплообменного устройства

18. Выбор теплофизических и гидродинамических параметров теплообменного процесса

19. Тепловые балансы теплообменных аппаратов в зависимости от их назначения (холодильники, теплообменники, испарители, конденсаторы)

20. Расчет движущей силы процесса теплообмена

Теплообменная аппаратура

1. Адьперт Л.3. Основы проектирования химических установок, 2-е изд. М.: Высш. шк., 1989. 303с.

2. Бакластов А.М., Горбенко В. А., Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплообменных установок. М.: Энергоиа-дат, 1981. 336с.

3. Барановский Н. В..Коваленко Л.М., Ястребенецкий A.F. Пластинчатые и спиральные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973. 288с.

4. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Фиаматгиз, 1972. 720с.

5. Домашнев А.Д. Конструирование и расчет химических аппаратов. М.: Машиностроение, 1961. 624с.

6. Канавец Г.Е.,Зайцев И.Д..Головач И.И. Введение в автоматизированное проектирование теплообме иного оборудования. Киев: Наук. думка, 1985. 229с.

7. Канавец Г.Е. Обобщеннные методы расчета теплообменников. Киев: Наук. думка, 1979. 357с.

8. Канавец Г.Е. Теплообменники и теплообменные системы. Киев: Наук. ДУМка, 1982. 272с.

9. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической промышленности. 8-е изд. М.: Химия, 19T3. 750с.

10. Контактные теплообменники/ Е"И. Гаубман, В.А. Горнов, В.Л. Мельцер и др. М.: Химия, 1988. 256с.

11. Краснов В.И., Максименко М.Э. Ремонт теплообменников, М.: Химия. 1 зал. 1ппр

12. Криворот А. С. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности. М.: Машиностроение, 1976. 376с.

13. Кутателадэе С. С., Боришавский В.М. Справочник по теплопередаче. М.: Госэнергоиадат, 1959. 414с.

14. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. 415с.

15. Кутепов А.М.,Жихарев А.С. Конструирование и расчет теплообменных аппаратов. М.: МИХМ, 1983. 56е.

16. Лашинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник. Л.: Машиностроение, 1970. 75йс.

17. Леонтьева А. И. Машины и аппараты химических производств. Учеб. пособие. Тамбов: ТГТУ, 1992. 4.2. 120с.

18. Машины и аппараты химических производств/ Р.Я. Ладнев, В.А. Гаевский, А.Г. Бондарь и др.; Под редакцией И.И. Чернобыльского. М.: Машиностроение, 1975. 454с.

19. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия, 1980. 144с.

20. Микулин Е.И., Шевич Ю.А. Матричные теплообменные аппараты. М.: Машиностроение, 1983. 111с.

21. Михееа М.А., Михеев И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 343с.

22. Нестеров В.Д., Васильев Ю.Н. Вихревые динамические теплообменники. М.: Недра, 1982. 181с.

23. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.8-е изд. М.:Химия, 1987. 376с.

24. Пррри Дж. Справочник инженера-химика/ Под ред. Н.М. Жаворон-КСЕЗ. П.Г. Романкова. М.: Химия, 1969. Т. 1,2.

25. Планоский Д.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1987. 496с.

26. Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.3. Процессы и аппараты химической технологии, 5-е изд. М.: Химия,. 1968. 847с.

27. Промышленные тепломассообменные процессы и установки: Ученик для вузов/ А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, О.Л. Данилов и др. М.: Энергоатомиздат. 1996. 328с.

28. Расчет и конструирование современного теплохимического оборудования: Сб. науч. тр./ НИИХИММАШ. М., 1989. 174с.

29. Справочник по теплообменникам: BS - х.т.: Пер. с англ. М.:Энергоатомиадат, 1987. Т. 1,2.

30. Справочник химика. М.-Л.: Химия, 1963. Т.1,2.