Расчет пластинчатого теплообменника

2.3 Расчет пластинчатого теплообменника

Для той же технологической задачи, что и в предыдущем разделе, рассчитать и подобрать нормализованный пластинчатый теплообменник.

Эффективность пластинчатых и кожухотрубчатых теплообменников близка. Поэтому ориентировочный выбор пластинчатого теплообменника целесообразно сделать, сравнив его с лучшим вариантом кожухотрубчатого. Из таблицы следует, что .поверхности, близкие к 100 м², имеют теплообменники с пластинами площадью 0,6 м². Для уточненного расчета выберем три варианта: '

1П: f=80 м^г, число пластин N=136, тип пластин 0,6;

 2П: F = 63 м², число пластин N=108, тип 0,6;

ЗП: F = 50 м², число пластин N=86, тип 0,6.

Расчет по пунктам I—4 аналогичен расчету в разд. 2.4.1, поэтому опускаем его.

- Уточненный расчет требуемой поверхности.

Вариант 1П. Пусть компоновка пластин самая простая: Сх:68/68, т. е. по одному пакету (ходу) для обоих потоков. Скорость горячей жидкости в 68 каналах с проходным сечением 0,00245 м² (см. табл. 2.14) равна

ω₁ = 6,0/ (986 • 68• 0,00245) = 0,0365 м/с.

Эквивалентный диаметр каналов d_э = 0,0083 м (см. табл. 2.14); тогда

Re, = 0,0365∙0,0083∙986/0,00054 = 553> 50,

т. е. режим турбулентный, поэтому по формуле (2.20) находим:

α₁ = (0.662/0,0083) 0,135∙553^0,73∙3,42^0,43= 1836 Вт/(м²∙К).

Скорость холодной жидкости в 68 каналах:

ω₂ = 21,8/ (996∙68∙0,00245) =0,1314 м/с;

Re₂ = 0,1314 • 0,0083 • 996/0,000804 = 1351 > 50:

α₂= (0,618/0,0083) 0,135∙1351^0,73∙5,44^0,43 = 4017 Вт/(м²∙К).

Сумма термических сопротивлений гофрированной пластины из нержавеющей стали толщиной 1,0 мм (см. табл. 2.14) и загрязнений составляет:

∑δ/λ = 1,0∙10^-3/17.5+ 1/2900+ 1/2900 = 0,000747 м²∙К/Вт.

Коэффициент теплопередачи равен:

К= (0,000747 +1/1836 + 1/4017)-'=649 Вт/(м²-К).

Требуемая поверхность теплопередачи

F= 1822 650/(649∙40,8) =68,8 м².

Теплообменник номинальной поверхностью F_1п = 80 м² подходит с запасом

∆= (80 — 68,8) 100/68,8=16,3%.

Его масса М_1п=1690 кг (см. табл. 2.13).

Вариант 2П. Схема компоновки пластин Сх:54/54. Результаты расчета:

ω₁= 6,0/(986∙54∙0,00245) =0,046 м/с; Re₁=0,046∙0,0083∙986/0,00054 = 697;

α₁ = 1836(697/553)^0,73 = 2147 Вт/(м²∙К);

ω₂=21,8/(996∙54∙0,00245) =0,165 м/с;

Re₂ = 0,165∙0,0083∙996/0,000804 =1697;

 α₂ = 4017(1697/1351)^0,73 = 4744 Вт/(м²∙К);

К= (1/2174+ 1/4744+ 0,000747)^-1=705 Вт/(м²∙К);

F =1 822 650/(40,8∙705) =63,3 м².

Номинальная поверхность F_2п⁼ 63,0 м² недостаточна, поэтому необходимо применить более сложную компоновку пластин. Очевидно, целесообразно увеличить скорость движения теплоносителя с меньшим коэффициентом теплоотдачи, т. е. горячей жидкости. При этом следует иметь в виду, что несимметричная компоновка пластин, например по схеме Сх:(27+ 27)/54, приведет к уменьшению средней движущей силы, поскольку возникнет параллельно-смешанный вариант ' взаимного, направления движения теплоносителей. При симметричной компоновке, т. е. при одинаковом числе ходов для обоих теплоносителей, сохраняются противоток и среднелогарифмическая разность температур.

Рассмотрим Сх: (27+27)/54. Скорость горячей жидкости и число Re₁ возрастут вдвое, а коэффициент теплоотдачи ai увеличится в соответствии с формулой (2.20) в 2^0,73= 1,66 раза. Коэффициент α₂ останется неизменным. Получим:

α₁=2174∙1,66 = 3605 Вт/(м²∙К);

К=( 1/3605+ 1/4744+0,000747)^-1=810 Вт/(м²∙К).

В данном случае поправку на среднелогарифмическую движущую силу можно найти так же, как для кожухотрубчатых теплообменников с одним ходом в межтрубном пространстве и четным числом ходов в трубах:

ε_∆t = 0,813 (см. разд. 2.4.1).

Тогда

∆t_ср = 40,8∙0,813 = 33,2°С.

Требуемая поверхность теплопередачи

F=1822 650/(810∙33,2) =67,8 м².

Номинальная поверхность F_2п=63,0 м² по-прежнему недостаточна.

Перейдя к симметричной компоновке пластин, например по схеме Сх: (27 + 27)/(27 + 27), вернемся к схеме чистого противотока с одновременным увеличением α₂ в 1,66 раза:

α₂ = 4744 •1,66 = 7875 Вт/ (м² • К);

К = (I /3605 + 1 /7875 + 0.000747) ^-1 = 869 Вт/ (м² • К);

F= 1 822 650/(40,8∙869) =51,4 м².

Теперь нормализованный теплообменник подходит с запасом

∆= (63 — 51,4) 100/51,4=22,6%.

В этом теплообменнике скорость горячей жидкости

ω₁ =0,046∙2 = 0,092 м/с, Re₁ =697∙2= 1394,

скорость холодной жидкости

ω₂ = 0,165∙2 = 0,33 м/с, Re2= 1697∙2=3394.

Масса аппарата: М_2п=1530 кг.

Вариант ЗП. Учтя опыт предыдущих расчетов, примем трехпакетную симметричную компоновку пластин: Сх: (14+14+15)/(14+14+15) (всего в аппарате 86 пластин, F_3п — 50 м²). При этом скорости и числа Re возрастут в 27/14=1,93 раза:

ω₁ =0,092•1,93 = 0,1774 м/с; Re₁ = 1394•1,93 = 2688;

ω₂ = 0.33 • 1,93 = 0,636 м/с, Re₂ = 3394 •1,93 = 6546.

Коэффициенты теплоотдачи возрастут в (1,93)^0,73= 1,615 раза:

α₁ =3605∙1,615 = 5823 Вт/(м²∙К); α₂ = 7875∙1,615= 12 720 Вт/(м²∙К);

К=1003 Вт/(м²∙К); F = 44,5 м²; ∆=12,4 %; М_зп = 1400 кг.

Для выбора оптимального варианта из трех конкурирующих необходимо определить гидравлические сопротивления в аппаратах.

Похожие работы

Расчет тарельчатой ректификационной колонны для разделения бинарной углеводородной смеси бензол-толуол

Скачать

75524

5

25

... 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 ( ...

Расчет ректификационной колонны

Скачать

8948

0

6

... 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 ...

Расчет двух ректификационных установок непрерывного действия для разделения смеси этилацетат – толуол

Скачать

38791

2

8

... 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 ...

Расчёт ректификационной колонны непрерывного действия

Скачать

25546

6

20

... 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 ...