Пластинчатые теплообменники 2 (стр. 6 из 8)

Площадь проходного сечения штуцера

= 0,0173 м² (D = 150 мм).

Решение

Тепловой расчет

1. Определим количество тепла, передаваемого в единицу времени:

Вт

2. Находим расход охлаждающей воды:

массовый:

кг/с

объемный:

м³/с

Вычисляем средний температурный напор:

Схема потоков:

3. Определяем рациональную скорость движения кислоты в каналах теплообменника.

Для ориентировочного расчета скорости

принимаем:

Вт/(м²·°С);

°С;

, тогда

м/с

4. Критерий Рейнольдса для потока кислоты:

5. Проверяем принятое значение коэффициента общего гидравлического сопротивления:

Это достаточно близко к принятому

6. Вычисляем критерий Прандтля Pr₁ и Pr_ст при средней температуре кислоты и при температуре стенки:

При

°С физические свойства кислоты характеризуются следующими данными:

с_ст = 2050 Дж/(кг·°С); ν_ст = 8,25·10^–6 м²/с;

ρ_ст = 1580 кг/м³; λ_ст = 0,354 Вт/(м·°С).

Получаем Pr_ст:

7. Вычисляем критерий Нуссельта со стороны охлаждаемой кислоты:

Находим коэффициент теплоотдачи от кислоты к стенке по полученному значению Nu₁:

Вт/(м²·°С)

8. Определяем аналогично рациональную скорость движения воды в каналах теплообменника.

Для ориентировочного расчета скорости w₂ принимаем:

Вт/(м²·°С);

°С;

м/с

9. Критерий Рейнольдса для потока воды:

10. Проверим принятое значение коэффициента общего гидравлического сопротивления со стороны воды:

11. Критерий Прандтля Pr₂ и Pr_ст для воды равны:

при

12. Вычисляем критерий Нуссельта для воды по той же формуле, что и для кислоты:

13. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде составит:

Вт/(м²·°С)

14. Определяем термическое сопротивление стенки пластины и загрязнений на ней.

а) термическое сопротивление загрязнений на стенке по стороне фосфорной кислоты найдем по таблице 2 ориентировочно:

м²·°С/Вт

б) термическое сопротивление стенки из стали марки Х18Н10Т при ее толщине δ = 1 мм:

м²·°С/Вт

в) термическое сопротивление загрязнений на стенке по стороне воды определим ориентировочно по таблице 2:

м²·°С/Вт

15. Вычисляем коэффициент теплопередачи:

16.

17. Определяем общую поверхность теплопередачи аппарата:

м²

Принимаем ближайшую стандартную поверхность

м².

Компоновочный расчет и уточнение величины рабочей поверхности

1. Площади поперечных сечений пакетов составят:

а) со стороны кислоты:

м²

б) со стороны воды:

м²

2. Число каналов в одном пакете:

а) для кислоты:

м²

принимаем m₁ = 40.

б) для воды:

м²

принимаем m₂ = 47.

3. Число пластин в одном пакете:

а) для кислоты n₁ = 2m₁ = 2·40 = 80;

б) для воды n₂ = 2m₂ = 2·47 = 94.

4. Определяем поверхность теплообмена одного пакета при полученном числе пластин:

а) для кислоты

м²

б) для воды

м²

Число пакетов в аппарате:

а) по стороне кислоты:

принимаем Х₁ = 2 (если округлять до 3, то необходимо уменьшить число каналов до 33, что приведет к увеличению скорости и превышению напора);

б) по стороне воды:

принимаем Х₁ = 2.

6. Число пластин в аппарате определяем с учетом наличия концевых пластин:

7. Схема компоновки пластин в аппарате может быть принята такой:

8. Фактическая площадь поперечного сечения каналов в пакетах для обеих сред составит:

м²

9. Фактическая скорость движения кислоты и воды в каналах после уточнения:

м²/с;

м²/с

Как видим, по конструктивным соображениям пришлось увеличить число каналов в каждом пакете аппарата со стороны кислоты до m = 50, что привело к уменьшению скорости потока кислоты на 25% против ее рационального значения.

Можно ожидать, что потребный напор для прокачивания кислоты через аппарат будет несколько меньше располагаемого.

Проверим, достаточно ли выбранной поверхности теплопередачи при фактических скоростях рабочих сред.

10. Критерий Рейнольдса при новых значениях скоростей:

11. Критерий Нуссельта:

12. Определим уточненные значения коэффициентов теплоотдачи:

Вт/(м²·°С)

13. Подсчитаем фактический коэффициент теплопередачи:

14. Поверхность теплопередачи после уточнения составит:

м²

Выбранная по ГОСТУ 15518-70 поверхность

м² достаточная для заданных условий.

Гидромеханический расчет

Из предыдущих разделов расчета фактические скорости движения кислоты и воды в каналах теплообменника w₁ = 0,296 м/с; w₂ = 0,536 м/с при Re = 374; Re = 5330.

1. Вычисляем коэффициент общего гидравлического сопротивления единицы относительной длины канала для обеих сред:

;

2. Гидравлические сопротивления пакетов пластин при этом:

кПа