Навигация
Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубчатых теплообменников
38067
знаков
7
таблиц
10
изображений
2.2 Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубчатых теплообменников
Гидравлический расчет проводят по формулам, приведенным ниже.
В трубном пространстве перепад давления определяют по формуле (1.1), в которой длина пути жидкости равна Lz. Скорость жидкости в трубах
ωтр=
Коэффициент трения определяют по формулам (1.4) — (1.7). При ReTp> 2300 его можно также определить по формуле [6]:
где e=∆/d — относительная шероховатость труб; ∆ — высота выступов шероховатостей (в расчетах можно принять ∆ = 0,2 мм).
Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в трубном пространстве:
ξтр1 = 1.5 — входная и выходная камеры;
ξтр2 = 2,5— поворот между ходами;
ξтр3= 1,0 — вход в трубы и выход из них.
Местное сопротивление на входе в распределительную камеру и на выходе из нее следует рассчитывать по скорости жидкости в штуцерах. Диаметры штуцеров нормализованных кожухотрубчатых теплообменников приведены в таблице.
В межтрубном пространстве гидравлическое сопротивление можно рассчитать по формуле:
∆ρмтр= (∑ξмтр)∙ρмтр∙ω2мтр /2
Скорость жидкости в межтрубном пространстве определяют по формуле
ωмтр=Gмтр/(Sмтр∙ρмтр
где Sмтp — наименьшее сечение потока в межтрубном пространстве
(см. табл. 2.3—2.5).
Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в межтрубном пространстве:
ξтр1= 1,5 — вход и выход жидкости;
ξтр2= 1,5 — поворот через сегментную перегородку;
ξтр3= 3m/Re0,2мтр — сопротивление пучка труб [13, с. 455],
где Reмтр=Gмтрdн/(Sмтрµмтр); m — число рядов труб, которое приближенно можно определить следующим образом.
Общее число труб при их размещении по вершинам равносторонних треугольников равно п= 1 + 3а + 3а2, где а — число огибающих трубы шестиугольников (в плане трубной доски). Число труб в диагонали шестиугольника b можно определить, решив квадратное уравнение относительно а:
b = 2а+l=2V(n—1) /3 + 0,25.
Число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, приближенно можно принять равным 0,5b, т. е.
m =
Сопротивление входа и выхода следует также определять по скорости жидкости в штуцерах, диаметры условных проходов которых приведены в таблице.
Число сегментных перегородок зависит от длины и диаметра аппарата. Для нормализованных теплообменников эти числа приведены в табл. 2.7.
Расчетные формулы для определения гидравлического сопротивления в трубном и межтрубном пространствах окончательно принимают вид:
где г — число ходов по трубам;
∆ρмтр = 
где х — число сегментных перегородок; т — число рядов труб, преодолеваемых потоком теплоносителя в межтрубном пространстве.
- Расчет гидравлического сопротивления. Сопоставим три выбранных варианта кожухотрубчатых теплообменников по гидравлическому сопротивлению.
Вариант 1К. Скорость жидкости в трубах
ωтр=G1/(Sтр∙ρ1)=6/(0,018∙986)=0,338 м/с
Коэффициент трення рассчитывают по формуле (2.31):
Диаметр штуцеров в распределительной камере dTpш = 0,150 м; скорость в штуцерах
ωтр.ш = 6,0∙4/(π∙0,152∙986) =0.344 м/с.
В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, три поворота на 180°, четыре входа в трубы и четыре выхода из них.
В соответствии с формулой (2.35) гидравлическое сопротивление трубного пространства равно
= =2716 + 873+175 = 3764 Па.
Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве, m≈
; округляя в большую сторону, получим т = 9. Число сегментных перегородок х= 18 (см. табл. 2.7). Диаметр штуцеров к кожуху dмтр.ш = 0,200 м, скорость потока в штуцерах:
Wмтр.ш = 21,8∙4/(π∙0,22∙996)=0,697 м/с.
Скорость жидкости в наиболее узком сечении межтрубного пространства площадью Sмтp=0,040 м2 (см. табл. 2.3) равна:
ωмтр =21,8/(0,040-996) =0,547 м/с.
В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход жидкости через штуцера, 18 поворотов через сегментные перегородки (по их числу х = 18) и 19 сопротивлений трубного пучка при его поперечном обтекании (х + 1).
В соответствии с формулой (2.36) сопротивление межтрубного пространства равно
∆ρмтр = 
= 10 902+4023 + +725=15 650 Па.
Вариант ЗК. Аналогичный расчет дает следующие результаты:
ωтр = 0,277 м/с; λ=0,0431; ωтрш = 0,344 м/с; ∆ртр = 2965 Па; ωтр = 0,337 м/с; ωмтр.ш = 0,446 м/с; m= 12; х = 8; ∆рмтр = 3857 Па.
Сопоставление этого варианта с вариантом 1К показывает, что, как и ожидалось, по гидравлическому сопротивлению вариант ЗК лучше.
Вариант 4К. Результаты расчета: ωтр=0,304 м/с; λ=0,0472; ωтр.ш = 0,344 м/с; ∆ртр = = 3712 Па; ωмтр = 0,337 м/с; ωмтр.ш = 0,446 м/с; m=15; x: = 6;
∆рмтр = 3728 Па.
Сопротивление этого теплообменника мало отличается от сопротивления предыдущего, а его масса на 400 кг меньше. Поэтому из дальнейшего сравнения вариант ЗК можно исключить, считая конкурентоспособными лишь варианты 1К и 4К. Выбор лучшего из них должен быть сделан на основе технико-экономического анализа.
Похожие работы
... применяют, главным образом, при ректификации спирта и жидкого воздуха (кислородные установки). Для повышения к.п.д. в ситчатых тарелках (как и в колпачковых) создают более длительный контакт между жидкостью и паром. 2. Теоретические основы расчета тарельчатых ректификационных колонн Известно два основных метода анализа работы и расчета ректификационных колонн: графоаналитический ( ...
... колонну пара при средней температуре в колонне tCP = (63+80.5) /2 = 720С: Диаметр колонны: DCT = 2200мм. Тогда скорость пара в колонне будет: Гидравлический расчет тарелок. Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр отверстий d0 = 4 мм, высота сливной перегородки hП = 40мм. свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8% от площади тарелки. Площадь, занимаемая ...
... и кубового остатка соответственно, кмоль/кмоль смеси; , - молекулярные массы соответственно этилацетата и толуола, кг/кмоль. (1.5) (1.6) кг/кг смеси кг/кг смеси кг/кг смеси Находим производительность по кубовому остатку: кг/с Находим производительность колоны по дистилляту: кг/с Нагрузки ректификационной колоны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом ...
... ректификационная колонна 5-куб-испаритель 6-дефлегматор 7-теплообменник 8-промежуточная ёмкость 9-насос 10- теплообменник 11-ёмкость. ЗАДАНИЕ №1 «Расчет ректификационной колонны непрерывного действия» Провести расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения смеси бензол-толуол с определением основных геометрических размеров колонного аппарата, производительность ...
0 комментариев